彩色导电可控聚氨酯薄膜的制备与研究

发布时间：2017-09-19 23:01

  本文关键词：彩色导电可控聚氨酯薄膜的制备与研究

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【摘要】：本实验主要针对目前导电复合材料多为炭黑作为导电填料导致材料为黑色缺乏色彩多样性、装饰性等缺点这一现象,试图通过其它导电填料替换炭黑、添加颜料的方式来制备既能导电又带有色彩性的复合材料。其中,热塑性聚氨酯(TPU)因其优异的力学性能和加工性能以及环保性正在受到越来越多的关注,所以本实验致力于研究开发彩色导电可控聚氨酯薄膜。采用溶液法以超导炭黑、导电云母粉(DM-1)和碳纤维(CF)作为导电填料,以铁红、有机红144、铁黄、黄151作为颜料分别制备黑色导电聚氨酯薄膜、彩色抗静电聚氨酯薄膜和彩色导电聚氨酯薄膜,并对最终薄膜的导电性能、CIE色彩性能、分散性能和力学性能进行分析。超导炭黑填充TPU时,其逾渗阀值为6%-7%,其中炭黑含量为7%时,TPU薄膜的体积电阻率为3.03×103Ω·cm,已经达到了导电级别；超导炭黑对薄膜的色彩性能没有影响。TPU中加入DM-1得到浅灰色抗静电聚氨酯薄膜,加了铁红、有机红144、铁黄、黄151颜料分别得到红色抗静电聚氨酯薄膜和黄色抗静电聚氨酯薄膜。发现浅灰色抗静电聚氨酯薄膜中DM-1的含量为23.1%时,其体积电阻率为6.82×109Ω·cm,达到了抗静电级别,其拉伸强度为26MPa:DM-1的含量为33.3%时,其色彩性能趋于稳定,在TPU基体中的分散变得困难。铁红和有机红144颜料都能成功对浅灰色抗静电聚氨酯薄膜进行着色,铁红着色要比有机红144更加稳定,更符合单常数Kubelka-Munk模型,其中当铁红含量为2%时,红色抗静电聚氨酯薄膜的色彩趋于稳定；铁黄颜料也能成功对浅灰色抗静电聚氨酯薄膜进行着色,然而黄151却着色失败,出现黄转绿的色变现象。以上四种颜料的加入均对浅灰色抗静电聚氨酯薄膜的体积电阻率和拉伸强度影响较小。TPU中加入碳纤维(CF)和钛酸酯偶联剂改性的碳纤维(Ti-CF),分别得到导电CF/TPU薄膜和Ti-CF/TPU薄膜,在导电Ti-CF/TPU薄膜中添加铁红颜料得到红色导电Ti-CF/TPU薄膜。发现钛酸酯偶联剂改性碳纤维制备的导电TPU薄膜导电性能和力学性能均优于未改性的,其逾渗阀值为5-6%,当改性碳纤维含量为6%时,薄膜的体积电阻率961Ω·cm,可达到导电级别,其含量为4%时,拉伸强度相对于纯TPU增大到41.7MPa,但从其分散照片看此时已经开始出现碳纤维缠绕的现象：铁红颜料能够成功对导电Ti-CF/TPU薄膜进行着色,当铁红含量为2.5%时,红色导电Ti-CF/TPU薄膜的色彩趋于稳定；铁红颜料的加入对导电Ti-CF/TPU薄膜的体积电阻率和拉伸强度影响不大。
【关键词】：彩色 导电 抗静电 热塑性聚氨酯 超导炭黑 导电云母粉 碳纤维
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ323.8;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-19
• 第一章 绪论19-31
• 1.1 引言19
• 1.2 热塑性聚氨酯的概述19-22
• 1.2.1 热塑性聚氨酯的结构19-20
• 1.2.1.1 软段结构19-20
• 1.2.1.2 硬段结构20
• 1.2.1.3 微相分离结构20
• 1.2.2 热塑性聚氨酯的加工方法20-21
• 1.2.3 热塑性聚氨酯的加工改性21-22
• 1.2.3.1 共混改性21
• 1.2.3.2 填充改性21-22
• 1.2.4 热塑性聚氨酯的应用需求22
• 1.3 热塑性聚氨酯着色的概述22-25
• 1.3.1 着色方法22-23
• 1.3.2 着色难点23-24
• 1.3.2.1 颜料的选择23-24
• 1.3.2.2 颜料的分散24
• 1.3.3 着色表征24-25
• 1.4 热塑性聚氨酯导电的概述25-29
• 1.4.1 聚合物导电的分类25
• 1.4.2 导电机理25-26
• 1.4.2.1 导电网络的形成25
• 1.4.2.2 载流子的迁移25-26
• 1.4.3 导电填料26-29
• 1.4.3.1 金属导电填料26
• 1.4.3.2 非金属导电填料26-28
• 1.4.3.3 非金属抗静电填料28-29
• 1.5 课题的研究内容和意义29-31
• 第二章 黑色导电聚氨酯薄膜的制备与研究31-41
• 2.1 引言31
• 2.2 实验部分31-32
• 2.2.1 实验原料31-32
• 2.2.2 实验设备及仪器32
• 2.3 实验方法32-33
• 2.3.1 工艺流程32-33
• 2.3.2 实验配方33
• 2.4 测试与表征33-34
• 2.4.1 除去THF方法的选择33
• 2.4.2 导电性能测试33
• 2.4.3 色彩性能测试33-34
• 2.4.3.1 反射率测试33-34
• 2.4.3.2 L*a*b*值测试34
• 2.4.3.3 着色力测试34
• 2.4.3.4 透射率测试34
• 2.4.4 拉曼测试34
• 2.5 结果与讨论34-39
• 2.5.1 除去THF方法的确定34-35
• 2.5.2 拉曼分析35-36
• 2.5.3 导电性能分析36-37
• 2.5.4 色彩性能分析37-39
• 2.5.4.1 反射率分析37-38
• 2.5.4.2 L~*a~*b值分析38
• 2.5.4.3 着色力分析38-39
• 2.5.4.4 透射率分析39
• 2.6 本章小结39-41
• 第三章 彩色抗静电聚氨酯薄膜的制备与研究41-63
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验部分42-43
• 3.2.1 实验原料42
• 3.2.2 实验设备及仪器42-43
• 3.3 实验方法43-44
• 3.3.1 工艺流程43
• 3.3.2 实验配方43-44
• 3.4 测试与表征44-45
• 3.4.1 SEM测试44
• 3.4.2 导电性能测试44
• 3.4.3 色彩性能测试44-45
• 3.4.3.1 反射率测试44
• 3.4.3.2 L~*a~*b~*值测试44
• 3.4.3.3 着色力测试44-45
• 3.4.4 拉伸性能测试45
• 3.4.5 分散性能测试45
• 3.5 结果与讨论45-61
• 3.5.1 浅灰色抗静电聚氨酯薄膜45-51
• 3.5.1.1 DM-1的结构分析45-46
• 3.5.1.2 导电性能分析46-47
• 3.5.1.3 色彩性能分析47-49
• 3.5.1.4 拉伸性能分析49-50
• 3.5.1.5 分散性能分析50-51
• 3.5.2 红色抗静电聚氨酯薄膜51-57
• 3.5.2.1 颜料的结构分析51-52
• 3.5.2.2 导电性能分析52-53
• 3.5.2.3 色彩性能分析53-55
• 3.5.2.4 单常数Kubelka-Munk理论55-56
• 3.5.2.5 拉伸性能分析56-57
• 3.5.3 黄色抗静电聚氨酯薄膜57-61
• 3.5.3.1 导电性能分析57
• 3.5.3.2 色彩性能分析57-60
• 3.5.3.3 拉伸性能分析60-61
• 3.6 本章小结61-63
• 第四章 彩色导电聚氨酯薄膜的制备与研究63-75
• 4.1 引言63
• 4.2 实验部分63-64
• 4.2.1 实验原料63-64
• 4.2.2 实验设备及仪器64
• 4.3 实验方法64-65
• 4.3.1 碳纤维预处理64
• 4.3.2 工艺流程64-65
• 4.3.3 实验配方65
• 4.4 测试与表征65-66
• 4.4.1 导电性能测试65
• 4.4.2 分散性能测试65
• 4.4.3 色彩性能测试65-66
• 4.4.3.1 反射率测试65
• 4.4.3.2 L~*a~*b~*值测试65
• 4.4.3.3 着色力测试65-66
• 4.4.4 拉伸性能测试66
• 4.5 结果与讨论66-72
• 4.5.1 导电性能分析66-67
• 4.5.2 分散性能分析67-68
• 4.5.3 色彩性能分析68-71
• 4.5.3.1 反射率分析69-70
• 4.5.3.2 L~*a~*b~*值分析70-71
• 4.5.3.3 着色力分析71
• 4.5.4 拉伸性能分析71-72
• 4.6 本章小结72-75
• 第五章 结论75-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 硕士期间发表的学术论文83-85
• 作者及导师简介85-86
• 附件86-87

【参考文献】

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本文编号：884411