碳系纳米填料/超高分子量聚乙烯复合膜的制备及其性能研究
导电高分子复合材料(CPC)因重量轻、易加工、耐腐蚀、电导率调节范围大等优点而广泛应用于各个领域。为了获得更低逾渗值的CPC，要求导电填料具尽可能小的尺寸，因此，纳米填充型导电高分子材料成为目前CPC的研究重点，其中以炭黑(CB)导电复合材料的研究最为广泛。然而由于纳米CB为0维颗粒状，且容易产生团聚，需较高的填充量才能达到实用要求，而大量填充使基体内部产生明显缺陷影响其它使用性能。碳纳米管(MWCNTs)具有更佳的电学性能和极高的长径比，将一维结构的碳纳米管与CB混合填充聚合物可在低填充量下形成完善的导电网络，使复合材料的导电性能得到明显提升。二维结构的还原氧化石墨烯(RGO)具备很好的导电性、机械性及其它性能，因此作为导电填料使用，可以有效改善导电高分子复合材料的综合性能。为此，本文研究了碳系纳米填料/超高分子量聚乙烯复合材料的不同性能，具体内容如下： 通过溶液法制备了均匀结构的CB/UHMWPE和MWCNTS-CB/UHMWPE复合薄膜。扫描电镜(SEM)分析显示CB及MWCNTs-CB均匀的分散在UHMWPE基体中。导电测试结果表明，均匀结构CB/UHMwPE复合材料的逾渗值为4．91 vol％，加入MWCNTS逾渗值降到2．62 vol％。 通过机械共混法制备了隔离结构的CB/UHMWPE、MWCNTS-CB/UHMWPE和RGO-CB/UHMWPE复合薄膜。扫描电镜(SEM)分析显示隔离结构中的CB、MWCNTs-CB及RGO-CB分布于UHMWPE界面间。偏光图像显示复合材料中存在明显的隔离结构。差示扫描量热分析(DSC)研究表明，CB、MWCNTS-CB及RGO-CB能诱导UHMWPE的结晶。热重分析(TGA)和X射线衍射(XRD)研究发现，十二胺分子链通过与环氧基团亲核取代被成功接枝在GO表面，且GO成功被水合肼还原。TGA研究发现CB、MWCNTs-CB及RGO-CB使UHMwPE的热稳定性变差。导电测试结果表明，由于隔离结构中的填料容易形成导电通道，CB/UHMWPE复合材料的导电逾渗值由均匀分布的4．91 vol％下降到0．42 vol％。MWCNTs的加入完善了CB间的导电网络，使复合材料的逾渗值进一步下降，当CB：MWCNTs=15：1时，复合薄膜的逾渗值由0．42 vol％下降到0．24 vol％，然而混合填料中MWCNTs含量的增加对逾渗值影响不明显。由于RGO的团聚，使得RGO-CB/UHMWPE复合材料的逾渗值仅为0．99 vol％。
碳系纳米填料;超高分子量;聚乙烯复合膜;导电网络;制备工艺
西安理工大学
硕士
食品科学
任鹏刚
2015
中文
TB332;TB383
57
2016-01-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）