聚丙烯/碳纳米管复合材料的结构与导电性能:注塑工艺与膨胀石墨的影响
发布时间：2021-12-31 21:39
获得高性能碳纳米管（MWCNT）增强聚合物复合材料的关键在于控制碳纳米管在聚合物基体中的分布与取向。传统的注塑成型工艺下,碳纳米管容易发生取向,其表面电阻率远远大于模压成型时的电阻率。本文通过调整注塑工艺改变剪切场实现对碳纳米管在基体中分布与取向的控制。结果表明:在低熔体温度和高注射速度下,碳纳米管局部取向,导电性能下降;而在高熔体温度和低注射速度下,碳纳米管分散良好,导电网络优良,聚丙烯/碳纳米管（PP/MWCNT）注塑制品的导电性能得到有效提升,其表面电阻率下降了约5个数量级。加入膨胀石墨（EG）有增强导电网络的作用,使PP/MWCNT/EG复合材料的导电网络更为完善,其导电性能进一步提高,尤其在低熔体温度和高注射速度下最为明显;随着EG含量的增加,PP/MWCNT/EG的表面电阻率下降了3个数量级。
【文章来源】：华东理工大学学报(自然科学版). 2017,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１可膨胀石墨粉膨胀处理后照片Ｆｉｇ１．Ｄｉｇｉｔａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｅｘｐａｎｄａｂｌｅｇｒａｐｈｉｔｅａｆｔｅｒｅｘｐａｎｓｉｏｎ
第５期叶靖，等：聚丙烯／碳纳米管复合材料的结构与导电性能：注塑工艺与膨胀石墨的影响系表面电阻率的变化情况。从图２中可以看出，改变注塑工艺，ＰＰ／２．５％ＭＷＣＮＴ的表面电阻率基本保持不变，均约为１０１２Ω·ｃｍ，然而当ＭＷＣＮＴ质量分数增加到５％时，其表面电阻率出现了明显的变化。ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ中，试验２、３、６、８的表面电阻率较高，分别为４．０×１０９、２．１×１０１０、６．２×１０９、２．２×１０９Ω·ｃｍ，这些试验条件有两个共同点，即熔体温度低和注射速度高。这主要是因为降低熔体温度将会增加熔体黏度，高黏度和高注射速度会导致强剪切力传递至熔体中，使得碳纳米管沿流动方向取向，减少了碳纳米管间相互接触的机会，使导电性能下降。试验１０、１１、１４、１５的表面电阻率较低，分别为９．１×１０５、５．９×１０６、２．６×１０６、３．９×１０６Ω·ｃｍ，降低了３～４个数量级。上述试验条件都具有熔体温度高和注射速度低的特点，这可以根据剪切力低来解释。在高熔体温度和低注射速度条件下，剪切速率和熔体黏度降低，熔体流动时，受到较小的剪切力，使得碳纳米管的排列取向得到了改善，增加了碳纳米管之间的相互接触，最终提高了导电性能。图２正交试验组表面电阻值Ｆｉｇ．２Ｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｅｒｉｅｓ根据文献［８］报道，采用Ｍｉｎｉｔａｂ软件对正交试验结果作出主效应图，分析比较每一个工艺参数对最终注塑制品表面电阻率的影响，可以找出主要影
华东理工大学学报（自然科学版）第４３卷图３ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ复合材料表面电阻值的主要影响因素Ｆｉｇ．３ＭａｉｎｅｆｆｅｃｔｐｌｏｔｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ（ａ），（ｂ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；（ｃ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｉｎＥｘｐ．３；（ｄ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｉｎＥｘｐ．１０图４聚丙烯／碳纳米管复合材料扫描电镜照片Ｆｉｇ．４ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ选取试验３、５、１０和１３来研究注塑工艺和膨胀石墨对于ＰＰ／ＭＷＣＮＴ／ＥＧ导电性能的影响，如表３所示。从表３中可以看到，随着膨胀石墨的加入及其含量的增加，复合材料的表面电阻率出现了不６１０
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米石墨片/共聚物复合材料及其耐热、导电和气密性（英文）[J]. Gyanaranjan Prusty,Sarat K Swain. 新型炭材料. 2012(04)
[2]聚丙烯/石墨纳米复合材料的导电性能研究[J]. 李侃社,王琪,陈英红. 高分子学报. 2005(03)
[3]膨胀石墨的制备、结构和应用[J]. 陈志刚,张勇,杨娟,邱滔. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(03)
[4]聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的制备与性能[J]. 全成子,沈经纬,陈晓梅. 高分子学报. 2003(06)
[5]马来酸酐接枝聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的研究[J]. 陈晓梅,沈经纬. 高分子学报. 2002(03)
本文编号：3561027
【文章来源】：华东理工大学学报(自然科学版). 2017,43(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１可膨胀石墨粉膨胀处理后照片Ｆｉｇ１．Ｄｉｇｉｔａｌｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓｏｆｅｘｐａｎｄａｂｌｅｇｒａｐｈｉｔｅａｆｔｅｒｅｘｐａｎｓｉｏｎ
第５期叶靖，等：聚丙烯／碳纳米管复合材料的结构与导电性能：注塑工艺与膨胀石墨的影响系表面电阻率的变化情况。从图２中可以看出，改变注塑工艺，ＰＰ／２．５％ＭＷＣＮＴ的表面电阻率基本保持不变，均约为１０１２Ω·ｃｍ，然而当ＭＷＣＮＴ质量分数增加到５％时，其表面电阻率出现了明显的变化。ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ中，试验２、３、６、８的表面电阻率较高，分别为４．０×１０９、２．１×１０１０、６．２×１０９、２．２×１０９Ω·ｃｍ，这些试验条件有两个共同点，即熔体温度低和注射速度高。这主要是因为降低熔体温度将会增加熔体黏度，高黏度和高注射速度会导致强剪切力传递至熔体中，使得碳纳米管沿流动方向取向，减少了碳纳米管间相互接触的机会，使导电性能下降。试验１０、１１、１４、１５的表面电阻率较低，分别为９．１×１０５、５．９×１０６、２．６×１０６、３．９×１０６Ω·ｃｍ，降低了３～４个数量级。上述试验条件都具有熔体温度高和注射速度低的特点，这可以根据剪切力低来解释。在高熔体温度和低注射速度条件下，剪切速率和熔体黏度降低，熔体流动时，受到较小的剪切力，使得碳纳米管的排列取向得到了改善，增加了碳纳米管之间的相互接触，最终提高了导电性能。图２正交试验组表面电阻值Ｆｉｇ．２Ｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｅｒｉｅｓ根据文献［８］报道，采用Ｍｉｎｉｔａｂ软件对正交试验结果作出主效应图，分析比较每一个工艺参数对最终注塑制品表面电阻率的影响，可以找出主要影
华东理工大学学报（自然科学版）第４３卷图３ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ复合材料表面电阻值的主要影响因素Ｆｉｇ．３ＭａｉｎｅｆｆｅｃｔｐｌｏｔｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙｏｆＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ（ａ），（ｂ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；（ｃ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｉｎＥｘｐ．３；（ｄ）—ＰＰ／５％ＭＷＣＮＴｉｎＥｘｐ．１０图４聚丙烯／碳纳米管复合材料扫描电镜照片Ｆｉｇ．４ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＰＰ／５％ＭＷＣＮＴ选取试验３、５、１０和１３来研究注塑工艺和膨胀石墨对于ＰＰ／ＭＷＣＮＴ／ＥＧ导电性能的影响，如表３所示。从表３中可以看到，随着膨胀石墨的加入及其含量的增加，复合材料的表面电阻率出现了不６１０
【参考文献】：
期刊论文
[1]纳米石墨片/共聚物复合材料及其耐热、导电和气密性（英文）[J]. Gyanaranjan Prusty,Sarat K Swain. 新型炭材料. 2012(04)
[2]聚丙烯/石墨纳米复合材料的导电性能研究[J]. 李侃社,王琪,陈英红. 高分子学报. 2005(03)
[3]膨胀石墨的制备、结构和应用[J]. 陈志刚,张勇,杨娟,邱滔. 江苏大学学报(自然科学版). 2005(03)
[4]聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的制备与性能[J]. 全成子,沈经纬,陈晓梅. 高分子学报. 2003(06)
[5]马来酸酐接枝聚丙烯/石墨导电纳米复合材料的研究[J]. 陈晓梅,沈经纬. 高分子学报. 2002(03)
本文编号：3561027
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