炭黑预处理对炭黑-HDPE导电复合材料性能的影响(完整版)实用资料.doc

炭黑预处理对炭黑_HDPE导电复合材料性能的影响（完整版）实用资料
(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）
炭黑预处理对炭黑/HDPE导电复合材料性能的影响
王勇,黄锐
(四川大学高分子材料加工工程系,四川成都610065
摘要:通过用四种有代表性的处理剂对炭黑进行预处理,研究了处理后炭黑填充的HDPE复合材料的电性能、力学性能和流变性能。发现四种处理剂对复合材料的性能均有一定的改善。但也表现出各自的差异,在导电性能上表现的差异更为明显,如经钛酸酯偶联剂和硬脂酸处理的炭黑,在炭黑含量为15%时,可使复合材料的电阻率降低1~2个数量级。为此笔者分析了上述结果的原因。
关键词:炭黑;预处理;导电复合材料
中图分类号:TQ324.8文献标识码:B文章编号:10019278(200210004105
炭黑填充的HDPE复合导电体系,由于HDPE结晶度较高,复合材料具有较低的渗滤阈值,较高的PTC强度,因而具有广阔的应用前景[1,2]。但缺点是材料的冲击强度降低、流动性变差,并随炭黑含量的增加而加剧;室温下电阻率和PTC强度的重复性欠佳。因此,将炭黑进行处理的目的一是改善复合材料的导电性,降低炭黑的含量;二是改善两相的相容性,增强两相间的相互作用。对前者,就是提高炭黑的比表面积和DBP值,降低表面基团(尤其是含氧基团的含量,通常采用高温气相氧化和石墨化来实现;对后者,则是要增加表面基团的含量,一般采用液相氧化、表面接枝和添加表面改性剂的方法[3,4]。
基于复合导电材料现有的成型方法和设备,选用几种有代表性的表面处理剂对炭黑进行预处理。进而研究处理后炭黑填充的HDPE复合材料的电性能、力学性能和流动性能的变化。
1实验
1.1原料
HDPE,5000S,大庆石化总厂;
乙炔炭黑(CB1,V4(CB2,自贡炭黑研究所;
钛酸酯偶联剂,常州利进化工;
硬脂酸,上海外岗化工二厂;
丙烯酸,天津化学试剂研究所;
十八醇,上海五联化工厂。
1.2试样制备
炭黑在高速混合机中预混15min,温度为60。然后加入处理剂,升温至120,混合45min,出料,室
收稿日期:20020701
基金项目:国家自然科学基金重点项目(29934070资助温下冷却。
经处理的炭黑与HDPE按一定的比例,在双辊开炼机上,140下塑炼15min,拉片出料;将片材剪裁,叠加,在平板硫化机上,180、10MPa下压制10min;在室温、10MPa下快速冷却。电极由铜网预压在试样的两端。本文试样的炭黑含量15%(质量分数,特别说明的除外。
1.3试样的测试
电阻率:实验制得的试样,其电阻值大于2108时,用ZC-3b型超高阻仪测试,电压为100V;低于2108,用DT-890B型数字万用表测试,电压为9V。
缺口冲击强度采用国产UJ-40悬臂梁冲击试验机按GB1840!80测试。
熔体粘度采用日本岛津AG-10TA万能材料试验机的毛细管流变性测试装置,恒剪切速率下测试。
X射线光电子能谱(ESCA:炭黑试样在110下干燥5h,采用kratosXSAM800电子能谱仪在室温下测试。
反相气相色谱:采用103型气相色谱仪。炭黑在100下恒温24h,除去水分。测试温度为140~200,由测试结果计算炭黑的表面自由能[5]。
2结果与讨论
2.1复合材料的导电性能
2.1.1室温下的导电性能
炭黑填充HDPE导电复合材料目前其用途主要是制作抗静电、电磁屏蔽、自控温发热和开关元件等方面,因此最需要关注的一是材料导电性,二是在室温或室温以上材料导电性的稳定性。
图1是CB1和CB2处理前后,复合材料电阻率与
第16卷第10期中国塑料Vol.16,No.102002年10月CHINAPLASTICSOct.,2002
炭黑含量的关系曲线。可以看出,通过处理后的炭黑,其复合材料的渗滤阈值均下降,其中以硬脂酸和钛酸酯偶联剂为甚。研究表明[6,7],钛酸酯偶联剂改变了炭黑表面含氧基团的含量,尤其是减少了羧基的含量,削弱了炭黑与基材间的相互作用,降低了电子从一个聚集体向另一个聚集体移动的能垒,从而改善了导电性。另外三种处理剂一般将其归类于表面活性剂,其作用是改善填料在基材中的分散性,增加填料与基材的相容性[8]。它们仅仅改变炭黑的表面性质,不能改变炭黑的结构
[9,10]

。
(aCB1(bCB2
∀!未处理#!钛酸酯偶联剂∃!硬脂酸
%!丙烯酸!十八醇
图1复合材料电阻率与炭黑含量的关系Fig.1Relationofcomposite&sresistivityandCBcontent
表1是CB1经四种处理剂处理前后通过ESCA测
得的炭黑表面含氧官能团的含量。可以看出,炭黑经过钛酸酯偶联剂处理,其含氧基团的含量有所增加,但羧基含量降低,这与文献[6,7]所述相同;丙烯酸处理后的情