聚碳酸酯复合材料电学和力学性能的研究

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长期以来聚碳酸酯(PC)主要是用在高透明性以及高冲击强度的领域。在汽车制造业中,聚碳酸酯的市场前景很可观,它可以用于汽车前照灯、侧灯、尾灯、镜面、车窗玻璃、内外饰饰件、仪表盘等等。国外高级轿车的保险杠使用PC/ABS合金制成的。聚碳酸酯在电子电器行业的应用也很值得重视,低压电柜的接线座、各种绝缘插座、仪表外壳和办公室自动化设备的部件都可以用聚碳酸酯成型,含有炭黑的导电和阻燃聚碳酸酯可用于制造配电部件等。所以研究以PC为基体的填充型复合材料的电学(体积电导率)和力学性能(拉伸强度、拉伸模量和缺口冲击强度)就显得尤为重要。本论文选用炭黑(CB)、不锈钢纤维(SSF)和多壁碳纳米管(MWNTs)作为导电复合材料的导电填料,通过三种导电填料单一加入或者其中两种复配加入基体中,比较它们形成的复合材料体积电导率。实验结果发现,当加入导电填料形成的复合材料体积电导率达到一个比较理想的数值时,其力学性能特别是缺口冲击强度会下降很大,这不利于工业使用,所以要对上述导电复合材料进行增韧改性。选取甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)作为增韧改性剂来提高导电复合材料的缺口冲击强度。研究内容包括以下几个方面:1、用熔融共混的方法制备了PC/CB和PC/SSF复合材料,对其体积电导率和拉伸性能进行了研究对比。结果发现,在基体PC中单一加入SSF之后,随着填料含量增加,复合材料的体积电导率不断上升。在SSF含量为10wt%时出现了平台,再增加其含量复合材料电导率不会随着SSF含量增加而升高了。在基体PC中单一加入CB之后,随着CB填充量的增加,复合材料电导率开始变化不明显,达到一定含量之后电导率出现突增,也就是渗滤转变。当CB的体积含量达到25wt%时,所制得的复合材料电导率在10-1S/m,这完全符合工业上对导电性能的要求,但是CB添加量太大使导电复合材料的力学性能变差。所以本论文选用上述两种导电填料复配,通过协同导电效应制备符合要求的导电复合材料。实验结果发现,固定CB含量分别为12wt%和15wt%,随着SSF含量的不断增加,CB/SSF/PC导电性能不断提高。但是CB和SSF两种填料的协同导电效果不明显。当SSF含量为10wt%时,15wt%CB/SSF/PC复合材料体积电导率为1.67×10-3S/m,并没有20wt%CB/PC的电导率高。2、用熔融共混的方法制备了CNTs/PC和CB/CNTs/PC复合材料,并且比较了SSF/PC、CB/SSF/PC、CNTs/PC和CB/CNTs/PC四种体系复合材料的电导率。实验发现,单一加入SSF和CNTs的情况下,SSF/PC的体积电导率要优于CNTs/PC;而当它们分别都与CB复配形成三相复合材料时,CB/CNTs/PC的体积电导率要优于CB/SSF/PC。这与三种导电填料的形状和在基体中的分散情况有关。3、固定CB含量为15wt%,在CB/PC中加入增韧剂MBS,研究MBS/CB/PC三相复合材料随着MBS含量变化对其体积电导率和缺口冲击强度的影响。实验结果发现,固定CB含量为15wt%,随着MBS含量的增加,MBS/CB/PC三相复合材料在MBS含量为10wt%时缺口冲击强度达到最大值,同时在这一含量PC/CB/MBS的体积电导率也达到了一个峰值。说明当体系中MBS为10wt%是最佳的增韧剂含量。固定MBS含量为10wt%,随着CB含量的增加,MBS/CB/PC三相复合材料的缺口冲击强度下降,但是所有CB含量下的数值都比未加增韧剂的CB/PC两相复合材料要高很多,说明加入增韧剂确实改善了导电复合材料的缺口冲击强度。而且MBS/CB/PC三相复合材料与未加增韧剂的CB/PC两相复合材料相比体积电导率也提高了,说明加入增韧剂之后,由于体系中“体积排除效应”的影响,电导率也有所提升。
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