高分子炭黑复合材料流变行为导电功能的相关性研究.pdf

浙江大学材料与化学工程学院

博士学位论文

高分子/炭黑复合材料流变行为-导电功能的相关性研究

姓名：刘志华

申请学位级别：博士

专业：材料学

指导教师：郑强;宋义虎

20080401
摘要量(G”)的动态流变一导电行为同步测试方法和基于法向应力(风)的静态流变一质，还具有质量轻、成本低、易加工、耐腐蚀等特点，在静电屏蔽、自限温发热带、自恢复保险丝等一系列领域具有重要的应用。通常，聚合物基导电复合材料晰地揭示导电网络的形成及其对温度、机械作用等外界刺激的响应机制。本论文以炭黑(CB)为填充物，以乙烯四氟乙烯共聚物(ETFE)、高密度聚乙烯体系流变行为一导电功能的相关性。首次建立了熔体基于储能模量(G’)、损耗模导电行为同步测试方法。以流变一导电行为同步测试为主要研究手段，结合差示扫描量热分析(DSC)等手段，系统考察cB填充高聚物复合材料熔融态电阻职)与Gt、G”和动态损耗正切taIl6随时间、剪切作用的变化以及基体等温与非等温结晶研究结果表明，ETFE／cB导电复合材料的渗流区间对应CB体积分数(仇B)的PTc循环稳定性，而仇B=O．15时，复合体系PTC循环稳定性较差。室温下，在HDPE／CB复合材料等温结晶过程中，流变参数与尺均在特征时间值处发与金属材料相比较，高分子基导电复合材料不仅具备独特的电学和力学性的导电行为源于导电粒子所形成的、贯穿基体的三维渗流网。现有研究尚不能清(HDPE)、等规聚丙烯(iPP)和溶液聚合丁苯橡胶(SSBR)为基体，研究相应填充物所造成的电阻与流变学参数变化，试图建立复合材料熔体导电性能与粘弹特征间的关联，揭示高分子基体结晶对复合材料导电与粘弹性能的影响，探索温度与剪切场下复合材料聚集态结构形成与演化的微观机制。=O．05～0．11，PTC强度随仇B增加而降低。当仇B=O．1l时，复合体系具有良好电阻率p一储能模量GI关系曲线图也呈逾渗现象，逾渗区间为G．=676～876MPa。动态流变．导电性能同步测试表明，除本征电阻松弛外，剪切应变(7)作用可造成渗流网络的破坏，R在临界应变以上大幅度增大。随y增大，Gt与R分别在Gt由线性到非线性转变时的临界应变(托G)与尺由导电到绝缘转变时临界应变(托R)处发生突变。对于熔融态的ETFE／CB与HDPE／CB复合材料以及未交联的SSBR／CB体系，托R>托G。随仇B增加，托R降低，托G增大。对于SSBR／CB交联体系而言，托R<托G，二者均与仇B无关。对于熔融态HDPE／CB体系，托R与托G均随温度升高而增大。
均随灸8增加及结晶温度疋降低两缩短。由于剪切诱导结黼，惫随汲频率(国关键词：生了突变。动态方法得到的特征时间(圯．)小于静态方法得到的特征时间(印)，二者面粗糙度显著影响HDPE／CB复合材料的幻．与和，从而影响成核与晶体生长。与疆DPE／CB复合材料类似，iP彰CB复合材料等温结晶的动态特鬣时间妇小于静态特征时间卸。与HDPE／CB复合材料不同，流变仪平行板夹具表面粗糙度对iPP／CB复合材料的特征时间fG与印无明显影响。在HDPE／CB与iP彰cB复合材料菲等温结晶过程中，随温度降低流交参数与尺均在特征温度．处发生突变。名较低时，动态测试方法得到的死t非常接近DSC曲线结晶峰温度(％)，而静态方法得到的特征温度昂低于％t。后，CB粒子在无定形区聚集，进而形成渗流网络。基体结晶以及由此所引起CB粒子分散状态的变化共同决定了动态流变参数。由于动态与静态方法测试原理的不同，在电阻与流变参数发生突变麴临界时间、|隆赛温度处，高分子基体的相对导电复合材料，流变一导电行为同步测试，剪切应变，等温结晶，增大逐渐减小。在低国区域，物理凝胶时间(如)与纪．一致。流变仪平行板夹具表研究发现，高分子基体结晶曾先造成渗流阙络破坏。当结晶程度达到一定值结晶度不同。动态方法所得临界变量处基体相对结晶度低于静态方法。非等温结最ll
m删xABSTRACTsimul协eousdyn锄icalselfrepai血g向se．the衄ee-dimensiomlfIomationmemalblack(CB)伽ednomalisothemalne撕orkthrou曲outne俩orkforce(氏)．Byshe撕ngV撕ationsheater锄dobjects．Methodsmodulus(G．)andmodulus(G”)wh订eresistance俾)andstudycopolyrner(ETFE)／CB仔action(孕℃B)行omof仇Bwith仇B=0．11r印roduciblepolymermecha血calcomparisonwimmetalmaterials．Theyofsllielding，temperaturematrix．HoweVer，