聚苯硫醚-碳纳米管复合材料的导电和力学性能(完整版)实用资料.doc

聚苯硫醚_碳纳米管复合材料的导电和力学性能（完整版）实用资料
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第25卷第8期高分子材料科学与工程
Vol.25,No.82021年8月
POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING
Aug.2021
聚苯硫醚/碳纳米管复合材料的导电和力学性能
吴兰峰1,2,吴德峰1,2,张明1,2
(1.扬州大学化学化工学院;2.江苏省环境材料与环境工程重点实验室,江苏扬州225002
摘要:采用熔融共混制备了聚苯硫醚/碳纳米管复合材料,考察了复合材料的形态、导电及力学性能。结果表明,碳纳米管均匀分散于聚苯硫醚基体中,二者的界面结合紧密;少量碳纳米管的加入即可显著增加复合材料的导电性,其逾渗阀值约为2phr~3phr;与聚苯硫醚相比,复合材料的拉伸及冲击强度全面提高,但由于碳纳米管的微观聚集与其应力传递作用间相互矛盾,因此过多的碳纳米管对材料力学性能贡献不大,这也得到了动态力学性能测试的进一步证实。关键词:聚苯硫醚;碳纳米管;复合材料;电性能;力学性能
中图分类号:TB383文献标识码:A文章编号:100027555(20210820036204
收稿日期:2021206219
基金项目:江苏省青年科技创新人才启动项目(BK209

作为一种高性能的新型工程塑料,聚苯硫醚(PPS因其优异的热稳定性、耐腐蚀性等特点而日益受到材料领域的重视。不过PPS冲击强度低,玻璃化转变温度不高,这限制了其应用领域的拓展。人们经常采用提高分子量、与聚合物共混以及填充改性等方法来进一步提高PPS的综合性能[1,2]。其中,填充改性由于实施简便而成为PPS改性最常用的方法。碳纳米管(CNTs是近年来出现的一种新型纳米材料,它是由单层或多层石墨片卷曲而成。其无缝纳米管状纤维结构决定了它具有极高的拉伸强度、良好的导电和导热性等。与其它改性聚合物的填充组分相比,CNTs可以在极低的填充量下赋予聚合物基体较好的增强改性效果[3,4]。因此,本文采用熔融复合制备了高性能的PPS/CNTs导电复合材料,并通过对材料导电和力学行为的研究,进一步探讨了CNTs复合体系的微观结构与宏观性能的关系。1实验部分
1.1主要原料
聚苯硫醚(PPS:四川德阳科技提供,熔点285℃;多壁碳纳米管(MWCNTs:由清华大学化工
系提供,其团聚颗粒平均直径约300
μm,比表面积200m3/g~300m3/g,外径约20nm~25nm。1.2聚苯硫醚/碳纳米管(PPS/CNTs复合材料的制备
将不同质量份的CNTs与100质量份PPS基体混合,在290℃置于Polylab型Hakke转矩流变仪(ThermoElectron公司,美国中密炼8min,即得PPS/CNTs复合材料,转子转速50r/min。将上述出料用RR/TSMP2型射模式制样机(Ray2Ran,英
国注射成型。注射机筒温310℃,模具温度100℃,注射压力11MPa。1.3测试与表征

断,断面喷金后,采用HITACHI2S24800型场发射扫描电子显微镜(FE2SEM,日立公司,日本进行观测,加速电压30kV。

合材料的体积电阻,每个组分取三个样,每个样取四个点,室温测量。

电子拉力机(WDW25型,华龙测试仪器厂,中国上海室温下测试复合材料的拉伸强度;按GB/T1843-1996采用悬臂梁冲击实验机(明珠实验机械厂,中国江都室温下测试复合材料的冲击强度。

样条型置于242C型动态热机械分析仪(DTMA,耐弛仪器制造公司,德国中,采用三点弯模式,频率为1

Hz,以5℃/min从室温升至180℃,记录模量及相位
角随温度的变化。2结果与讨论
2.1PPS/CNTs复合体系的微观形态
Fig.1是PPS/CNTs复合材料的断面形貌,不难
发现碳纳米管均匀分布在PPS基体中,无明显的团聚现象。由Fig.1(b可看出,分散在基体中的大部分碳
纳米管其直径约为40nm~50nm,比纯碳纳米管的直
径(20nm~25nm大了一倍左右,这说明在熔融共混过程中碳纳米管被基体PPS所包覆,两相间存在较厚的界面层,这有效地促进了碳纳米管在PPS基体中的进一步分散。显然,PPS与CNTs间具有良好的亲和性,可以预期,一维纳米均匀分散的碳纳米管有利于复合材料综合性能的提高

。
Fig.1TEMimagesofPPS/CNTscomposites
2.2PPS/CNTs复合材料的导电性能
Fig.2给出了PPS/CNTs复合材料电导率σ对CNTs含量的依赖性。从图中看出,当CNTs含量少
于1phr时,复合材料的电导率σ几乎没有变化;继续增加CNTs的含量,复合材料的电导率σ随着CNTs含量的增加而急剧增加;而当CNTs含量超过5phr之后,电导率σ的变化则趋于平缓