双导电网络橡胶复合材料的制备与性能研究
导电橡胶复合材料具有耐低高温、密度小、易于制造和耐腐蚀及电导率在大范围内可控等优点，广泛用于航天工业、医用、生活等领域。目前导电橡胶复合材料需要解决的一个问题是降低导电填料用量的同时，保持较高的导电性能。研究发现两种及两种以上导电填料的并用，可以对导电橡胶复合材料的导电性能产生协同作用，获得具有优良导电性能和机械性能的复合材料。本课题使用两种导电填料并用，主要研究不同填料的添加量及配比对复合材料导电性能的影响，并研究了复合材料的导电网络结构与宏观导电性能之间的关系。 首先我们采用膨胀石墨与碳纳米管两种导电填料，以羧基丁腈橡胶为基体，制备得到了膨胀石墨/碳纳米管/羧基丁腈橡胶双导电网络结构复合材料。研究了膨胀石墨和碳纳米管两种导电填料的导电网络结构与复合材料导电性能间的关系。研究发现:(1)膨胀石墨在聚乙烯吡咯烷酮水溶液中进行超声处理，在300W功率下搅拌超声0.5h，再在1000W功率下超声0.5h的条件下，可以得到厚度在5-6 nm，片层直径在1μm左右石墨纳米薄片。(2)相同填料用量时，膨胀石墨和碳纳米管两种填料并用制得的复合材料，其电导率更接近导电率较高的碳纳米管/羧基丁腈橡胶复合材料的电导率，说明两种填料对复合材料的导电性产生了协同作用。在添加两种导电填料时，导电填料总添加量在1至3质量份时，复合材料电导率从4.08E-11 S/cm提高至1.37E-7 S/cm，提高了4个数量级，认为复合材料达到导电渗流阈值。通过扫描电子显微镜及透射电子显微镜表征了两种填料的双导电网络结构。 之后采用炭黑与碳纳米管两种导电填料，以甲基乙烯基硅橡胶为基体，制备得到炭黑/碳纳米管/甲基乙烯基硅橡胶双导电网络结构复合材料。研究了两种导电填料的用量及配比对复合材料导电性及导电稳定性的影响规律。研究发现:(1)加入单种导电填料时，在拉伸作用下，复合材料电阻值变化较大，导电稳定性较差，由于复合材料内部的导电填料在拉伸方向上发生取向，导电通路容易被破坏，且导电粒子间距离增大，隧道电阻增大，因此电阻随应变变化较大。(2)使用两种导电填料制备复合材料可以形成导电双网络结构，拉伸作用下，导电网络结构受到的影响较小，因此电阻随应变变化较小，导电稳定性提高。(3)炭黑和碳纳米管两种导电填料并用时，当炭黑添加量为1.8vol％，碳纳米管添加量为1.2vol％时，复合材料体积电阻率最低达到271Ω·cm。
橡胶复合材料;双导电网络;制备工艺;导电性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
宁南英
2017
中文
TM242;TM205.1
85
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）