纳米石墨薄片—聚吡咯导电复合材料的成型性研究

论文摘要

聚合物基导电复合材料具有质轻、导电性能优良和制造工艺简单以及较低的成本而备受学术界的关注,并已在抗静电、生物传感、波吸收等方面获得了广泛的应用。聚吡咯作为一种具有良好导电性高分子材料,己被应用到许多领域,为了更好的发挥聚吡咯的作用,在聚吡咯中引入无机粒子形成复合材料。这些复合材料的性能不仅是有机、无机性能的简单加和,而且常表现出许多其他优良的性质,扩大了聚吡咯的进一步应用。本论文研究用单体原位聚合插层法制备的纳米石墨薄片/聚吡咯复合材料不仅能使聚吡咯均匀的包覆在纳米石墨薄片上,并且使聚吡咯颗粒接触更加紧密提高其导电性能。但是由于聚苯胺、聚吡咯这类的导电高分子聚合物不溶不熔性使得这些聚合物及其复合物大多都是粉末,成型性很差,限制了他的实用性。因此,当前的发展就是如何使得这些复合物通过简单的工艺成型并能可以投入生产生活中成为能解决实际问题的电子器件。介于当前问题,本论文主要研究纳米石墨纳米薄片-聚吡咯复合材料成型,并且在成型后能够保持化学稳定性和一定的导电性能。这些聚合物的成型可以从改进实验技术如对聚苯胺、聚吡咯改性上使之直接成型,也可以通过在较小影响复合物导电性能的前提下寻找一种成型性能较好的中介材料来辅助成型。后一种方法制备工艺相对于前面两种简单,性能优异。本论文所做的工作就是研究树脂作为力学有机相对纳米石墨薄片-聚吡咯导电复合材料的成型性研究。实验分为三个部分:第一,用环氧树脂最为力学的有机连续相,对纳米石墨薄片-聚吡咯成型。采用超声、研磨方法制备纳米石墨薄片-聚吡咯/环氧树脂复合材料。用扫描电子显微镜（SEM）分析、傅立叶红外光谱（FT-IR）分析、热重（TG）分析、四探针测试方法和弯曲强度测试复合材料性能进行了表征。研究发现,纳米石墨薄片-聚吡咯均匀的分散在环氧树脂基体当中。此复合物具有良好的机械加工性能同时还保持一定的导电性能。第二,为了探讨更加合适的成型条件,着重研究了固化剂在本实验中的作用。研究固化剂种类、用量、固化时间、固化温度等对材料导电性能的影响。研究发现固化剂的种类,用量和固化时间都对材料的导电性能有极大地影响。胺类固化剂对复合物影响最大,相同配比之下,适用胺类固化剂导致复合物没有导电性能,而使用酸酐类固化剂仍会保持一定的导电性能。第三,为了扩展材料的应用性能,用超声、研磨分散和提拉成膜方法制备纳米石墨薄片-聚吡咯/甲基丙烯酸甲酯-环氧树脂导电薄膜。用扫描电子显微镜（SEM）分析、傅立叶红外光谱（FT-IR）分析、热重（TG）分析、四探针测试方法复合材料性能进行了表征。研究表明使用聚甲基丙烯酸甲酯作为成型基体由于自身的挥发性而不能保持良好的导电能力,并且机械性较差。使用环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯共混作为成型基体不但能保持良好导电性,还制备成了柔韧性能良好的导电复合薄膜。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 聚合物基导电复合材料
• 1.2.1 概况
• 1.2.2 导电物复合材料应用
• 1.2.3 研究进展
• 1.2.4 聚合物基导电复合材料的发展趋势
• 1.3 聚吡咯
• 1.3.1 聚吡咯导电性研究
• 1.3.2 聚吡咯的聚合方法
• 1.4 聚吡咯制备工艺
• 1.5 导电复合材料成型性研究
• 1.5.1 高分子聚合物基体及其影响
• 1.5.2 固化剂
• 1.5.3 导电填料及其分散方法
• 1.5.4 其他添加剂
• 1.6 选题依据
• 1.6.1 工作的目的及意义
• 1.6.2 课题研究方案
• 参考文献
• 第二章 实验药品和实验仪器
• 2.1 实验药品
• 2.2 仪器及设备
• 2.3 性能与结构的表征
• 第三章 纳米石墨薄片-聚吡咯/环氧树脂复合材料的制备
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 纳米石墨薄片的制备
• 3.2.2 纳米石墨薄片-聚吡咯的制备
• 3.2.3 纳米石墨薄片-聚吡咯/环氧树脂的制备
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 热重分析
• 3.3.2 导电性能的分析
• 3.3.3 机械性能分析
• 3.3.4 FTIR谱图分析
• 3.3.5 SEM分析
• 3.4 结论
• 参考文献
• 第四章 固化剂对纳米石墨薄片-聚吡咯/环氧树脂复合材料导电性能的影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 纳米石墨薄片的制备
• 4.2.2 纳米石墨薄片-聚吡咯的制备
• 4.2.3 纳米石墨薄片-聚吡咯/环氧树脂的制备
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 导电性能分析
• 4.3.2 扫描电镜分析
• 4.4 结论
• 参考文献
• 第五章 纳米石墨薄片-聚吡咯/聚甲基丙烯酸甲酯-环氧树脂导电薄膜的制备
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 纳米石墨薄片的制备
• 5.2.2 纳米石墨薄片-聚吡咯的制备
• 5.2.3 纳米石墨薄片-聚吡咯/聚甲基丙烯酸甲酯-环氧树脂导电薄膜的制备
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 红外分析
• 5.3.2 热重分析
• 5.3.3 导电性能测试和分析
• 5.3.4 扫描电镜分析
• 5.4 结论
• 参考文献
• 第六章 总结
• 6.1 本论文实验工作总结
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 硕士期间论文发表情况
• 致谢