碳纤维镍钴功能粒子及其柔性导电复合材料制备及性能研究

发布时间：2017-07-26 22:16

  本文关键词：碳纤维镍钴功能粒子及其柔性导电复合材料制备及性能研究

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【摘要】：随着科学技术的发展,人们对导电复合材料的性能要求越来越高,传统导电复合材料已无法满足目前一些领域的需求,因此,柔性导电复合材料应运而生,并得到广泛的关注和研究。柔性导电复合材料是一种兼具优异导电性和良好力学性能的新型导电复合材料,目前常用的填料是碳纳米管和石墨烯,虽然具有优异性能,但价格较高。采用导电性优异的新型填料制备柔性导电复合材料是当前的一个研究热点。本文采用化学镀方法制备碳纤维/镍和碳纤维/钴-镍复合粒子,研究了复合粒子性能的主要工艺参数。然后以复合粒子为导电填料,硅橡胶为基体,制备了碳纤维/镍和碳纤维/钴-镍柔性导电复合材料,并对复合材料的导电性能、力学性能、折叠导电性能和拉伸导电性能进行了系统研究。主要工作如下:(1)通过单一变量法研究了次磷酸钠用量、氨水用量、化学镀温度和化学镀时间对碳纤维/镍复合粒子形貌和导电性的影响。所得最优化学镀镍工艺为:NiSO4浓度30g/L,NaH2PO2浓度30g/L,NH3?H2O浓度120 mL/L,柠檬酸钠浓度25g/L,化学镀时间30min,温度60℃。采用化学镀方法成功制备了镀层均匀、致密,导电性良好的碳纤维/镍复合粒子,测试结果表明,所得碳纤维/镍复合粒子体积电阻率可以达到1.41?10-3??cm。(2)通过单一变量法研究了次磷酸钠用量、氨水用量、化学镀温度和化学镀时间对碳纤维/钴-镍复合粒子镀层形貌和导电性的影响。所得最优化学镀镍-钴工艺为:NiSO4浓度15g/L,CoSO4浓度15g/L,NaH2PO2浓度30g/L,NH3?H2O浓度140 mL/L,柠檬酸钠浓度30g/L,化学镀时间30min,温度80℃,在该工艺条件下所得碳纤维/镍-钴复合粒子的体积电阻率为3.27?10-2??cm。(3)以自制碳纤维/镍复合粒子为填料制备了碳纤维/镍柔性导电复合材料,考察了填料用量对复合材料导电性和力学性能的影响,其中填料添加量30 wt%时,复合材料的电导率最高,可达16.37 S/cm,拉伸强度和断裂伸长率分别为1.68 MPa和57.46%。研究了复合材料的折叠导电性和拉伸导电性,结果表明:复合材料在折叠循环0~100次、折叠角度0~180?范围内,仍能保持良好的电导率;在填料添加量30 wt%时,拉伸应变30%电导率为14.79 S/cm,比未拉伸下降了9.7%,拉伸循环100次后电导率为11.36S/cm,比未拉伸下降了30.5%。(4)以自制碳纤维/钴-镍复合粒子为填料制备了碳纤维/钴-镍柔性导电复合材料,研究了填料用量对复合材料导电性和力学性能的影响,其中填料添加量30 wt%时,复合材料的电导率最高,可达5.39 S/cm,拉伸强度和断裂伸长率为1.23 MPa和122.62%。研究了复合材料的折叠导电性和拉伸导电性,折叠循环次数和折叠角度对复合材料导电性影响较小,在填料添加量30 wt%时,拉伸应变30%的电导率比未拉伸下降了20.4%,拉伸循环100次后电导率为1.82 S/cm,比未拉伸下降了66.2%。
【关键词】：导电填料 化学镀 复合粒子 硅橡胶 柔性导电复合材料
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 碳纤维化学镀研究进展11-15
• 1.1.1 碳纤维简介11-12
• 1.1.2 碳纤维化学镀镍12-14
• 1.1.3 碳纤维化学镀多元合金14-15
• 1.2 硅橡胶15-17
• 1.2.1 硅橡胶简介15
• 1.2.2 导电硅橡胶复合材料研究进展15-16
• 1.2.3 导电硅橡胶应用16-17
• 1.3 柔性导电复合材料17-19
• 1.3.1 柔性导电复合材料研究现状17-18
• 1.3.2 柔性导电复合材料的应用18-19
• 1.4 本课题研究的意义和主要内容19-21
• 2 碳纤维镍钴镍功能粒子的制备与性能研究21-42
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-27
• 2.2.1 实验药品及仪器21-22
• 2.2.2 碳纤维/镍复合粒子的制备22-24
• 2.2.3 碳纤维/钴-镍复合粒子的制备24-26
• 2.2.4 结构表征与性能测试26-27
• 2.3 结果与讨论27-41
• 2.3.1 碳纤维/镍复合粒子的性能研究27-34
• 2.3.2 碳纤维/钴-镍复合粒子的性能研究34-41
• 2.4 本章小结41-42
• 3 柔性导电复合材料的制备与性能研究42-61
• 3.1 引言42
• 3.2 实验部分42-48
• 3.2.1 实验药品及仪器42-43
• 3.2.3 碳纤维/镍柔性导电复合材料的制备43-45
• 3.2.4 碳纤维/钴-镍柔性导电复合材料的制备45-46
• 3.2.5 性能测试46-48
• 3.3 结果与讨论48-60
• 3.3.1 碳纤维/镍柔性导电复合材料的性能研究48-54
• 3.3.2 碳纤维/钴-镍柔性导电复合材料的性能研究54-60
• 3.4 本章小结60-61
• 4 结论61-63
• 参考文献63-69
• 硕士期间发表论文及所取得研究成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：578610