论文摘要
近年来随着航空工业、电子信息产业的飞速发展,为我们的生活带来了极大的便利,但与此同时也带来了巨大的电磁污染。因此,电磁屏蔽及其防护材料的研究引起了世界各国的极大关注。导电高分子材料也因此应运而生。在光、电、磁、声等方面具有特殊性能的且具有优良的成型加工性能的高分子材料,特别是复合型导电高分子的研究,是现在导电聚合物材料研究的重要方向。本文在课题组研究的基础上,在尼龙6(PA6)/膨胀石墨(EG)复合材料中加入经低温等离子体处理的碳纤维作为其增强增韧填料,通过熔融共混的方法制备了导电复合材料。同时研究了导电复合材料材料的微观结构、导电与介电性能、结晶性能、流变行为和材料力学性能等,并讨论了双螺杆挤出放大试验过程中所遇到的基本问题,分析了配方和工艺对体系性能的影响,提出相应的解决办法。本文的创新点在于：选用经低温等离子体处理的CF作为增强导电材料,制备了新型高强导电复合材料。等离子体处理法具有清洁高效的特点,是未来材料表面处理方法的趋势。另外,在导电复合材料生产放大实验过程中对密度较低的可膨胀石墨,采用密闭输送和强制喂料系统的一体化加料方式,很好的解决了在生产过程中带来的粉尘污染问题和轻质填料的加料方式问题。另外,在双螺杆挤出工艺中,聚合物基体的选择性很好,在制备不同聚合物基导电复合材料的实际应用推广有着重要的意义。论文的主要研究结果如下：1.低温氧等离子体处理制备PA6/EG/CF导电复合材料及性能的研究选用经低温氧等离子体处理的CF作为增强材料,采用熔融共混的方法制备了PA6/EG/CF导电复合材料,由于CF具有一定的导电性能,和膨胀石墨的协同效应,提高复合材料的导电能力,加上它的优良的力学性能也改善了材料的力学性能。当CF质量份数为15phr时,在保持复合材料材料导电性能的基础上,有效的提高了材料的力学,拉伸和弯曲强度分别为118MPa和178MPa,分别是PA6/EG复合材料的2.6倍和2.3倍,复合材料的强度有了很大的提高。运用TG、DMA、DSC以及流变仪等分析手段研究了PA6/EG/CF复合材料体系的动态力学性能、导电性能、力学性能、流变性能以及热性能的相关情况。2.低温等离子体处理对纤维表面性能的影响研究采用氧、氩气等离子体处理碳纤维,通过SEM、DMA、EPR、AFM等对CF表面进行表征,结果表明经等离子体处理后CF的表面性能有很大改善。通过导电性和一系列力学性能的测试,表明CF在经过等离子体处理后,纤维与基体的结合能力得到提高,使得PA6/EG/CF导电复合材料的导电性和力学性能均有所提高。3.新型高强导电复合材料的生产放大实验研究基于PA6/EG/CF体系表现出来的优异性能,采用双螺杆挤出方法,制备了PA6/EG/CF导电复合材料,考察了原料配方和生产工艺对材料性能的影响。通过SEM、DMA等对共混物进行表征,结果表明CF与PA6相容性良好。通过导电性和一系列力学性能的测试,经双螺杆挤出法制得的PA6/EG/CF导电复合材料的力学性能和热性能有所提高,但同组分下材料的导电性能有所降低。4.放大实验过程中遇到的问题及相应的解决方法在挤出放大实验过程中,为了防止降解,降低物料的停留时间,采用高的转速同时减少CF束数或采用低K数的CF,以制备低纤维含量的导电复合材料。高螺杆转速下的CF受剪切程度增加,造成过度剪切,使体系的力学性能下降。因此,采用增加CF束数,中等转速的条件制备高纤维含量的导电复合材料。另外,复合材料的熔体(245。C)表现出明显的剪切变稀行为,因此在双螺杆挤出过程中高剪切速率下造成熔体破裂现象,导致大量膨胀石墨片从熔体中析出,降低了材料的导电性能。故在双螺杆挤出过程中,若EG和CF的质量分数过高,应采用中等或较低的螺杆转速。膨胀石墨属于密度较小的填充材料,因此在挤出工艺过程中采用密闭输送和强制加料,有效地解决了在生产过程中带来的粉尘污染和加料问题。
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