碳纤维、聚丙烯夹芯注射制品的导电性研究

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1、碳纤维、聚丙烯夹芯注射制品的导电性研究1绪论1.1导电高分子复合材料简介导电高分子材料是一类具有导电功能的聚合物材料。按照结构和制备方法的不同，可分为本征型(ElectricallyConductivePolymer)、复合型(ElectricallyConductivePolymerposite)和离子型（IonicConductivePolymer）三大类[1]。(1)本征型导电高分子材料是由具有共轭π键的聚合物经过化学或电化学掺杂而形成。如聚苯胺、聚乙炔、聚唾吩、聚毗咯等。(2)复合型导电高分子材料是指

2、以传统高分子聚合物为基体，往其中掺入一定量的导电填料配制而成。它主要有两种制备方法：一种是表面镀膜法，就在聚合物基体表面涂覆导电性物质，如银、镍、铜等金属粉末，镀膜方法有化学镀、真空蒸镀等；二是导电填料复合法，即在高分子材料基体内添加抗静电剂、金属粉末、非金属（炭黑、碳管、石墨）粉末或纤维及镀金属的玻璃纤维（GlassFiber，GF）、碳纤维（CarbonFiber，CF）、云母等导电填料。(3)离子型导电高分子材料是由于加入的盐离子在电场下迁移而具有导电功能，应用较少。复合型导电高分子材料是导电高分子材料使用最

3、为广泛的一种。主要原因是复合型导电高分子材料的可加工性强，聚合物基体和导电填料种类多样，可以根据不同的性能需求选择不同的聚合物基体和导电介质。与传统的金属材料相比，复合型导电高分子材料具有可塑性强，密度低，可抗腐蚀和可选择的电导率范围广等优点。..1.2导电高分子复合材料导电机理及影响因素随着复合型导电高分子材料的的出现，研究学者就其导电机理展开了广泛的研究。目前较为认可的导电机理有以下三种：宏观的渗流理论，微观的场致发射理论和量子力学隧道效应理论。虽然渗流理论可以解释复合体系在临界浓度处的电阻率的突变行为，但还存

4、在一些不足。导电现象还与导电粒子间隙有关，由此提出了导电现象是由隧道效应引起。这种理论认为导电体系内依然有导电网络形成，但不是靠导电介质的直接接触而导电，而是热振动时电子在粒子间迁移造成的，其间隙比1nm宽得多。隧道效应实际上是内部电场发射的某种特殊情况。在实验中，有些复合体系电阻的非欧姆性，其原因是导电粒子间存在绝缘介质，因这些粒子间产生的强大电场所引起的发射电场产生了电流，这也称为电场发射理论。导电高分子复合材料中的导电机理及电阻率的计算是极其复杂的，这一问题还有待于进一步探索。对于金属系填料，银的导电性能优良

5、，且具有抗氧化性，但银属于贵金属，仅使用于一些特殊场合，应用面较窄。铜的导电性能良好，而且价格适中，但铜的密度较大(8.9g/cm3)，金属铜粉在聚合物基体中分散时易出现下沉，以至于铜粉在基体中的分散不均匀而影响复合材料的导电效果，其次铜粉易被氧化。近年来发展起来的金属纤维具有优良的导电性能，且质轻，填充量少。例如日本日立化成公司生产的黄铜纤维，利用黄铜短纤维填充尼龙，逾渗值为5～7vol%，体积电阻率可达到10-2Ω•cm以下，屏蔽效能（SE）值可达60dB。其它较常见的还有不锈钢纤维，因其

6、不易折损，抗氧化性好，导电性能稳定持久而广受关注。.2实验2.1实验原料（1）20u;m），比重低（1.5～1.8g/cm3)等优点，并且可同时赋予复合材料增强和导电两种功能。碳纤维的体积电阻率约为120010-6-30010-6Ω•cm，选用短切碳纤维作为导电填料，可明显降低CF/PP复合材料的体积电阻率，但是由于注射工艺和产品形状的差异，最后制品的电阻率差异明显。加入碳纤维的树脂流动性会有所下降，所以选择基体树脂时需要注意树脂的流动性，应当选用流动性较好的树脂牌号。聚丙烯（Polyprop

7、ylene，PP）聚丙烯具有优良的耐腐蚀性，耐疲劳和耐应力开裂性好，可以在100℃的环境下连续使用。它的密度仅为0.89g/cm3-0.91g/cm3，是所有塑料中最轻质的一种。另外，由于PP的年产量大，所以作为通用塑料被广泛应用。但是聚丙烯具有高度绝缘性，体积电阻率达到1016Ω•cm，所以材料的静电度高，对于一些对静电较敏感的电气设备，需要对材料改性来达到使用要求。鉴于上述两种材料优异的性能，本实验选用长度为2mm的短切碳纤维充填聚丙烯作为壳层导电材料，且为了壳/芯层间有较好的黏结性，选择

8、纯PP作为芯层材料。选购的原料是碳纤维含量为20n;0.05mm，所以为之后的模具浇口套的加工增加了难度。夹芯注射成型工艺（CIM）独特的进胶方式使得CIM模具不同于传统注射成型模具，主要体现在模具的定模一侧和模具的浇注系统。模具的浇口衬套和定位圈的尺寸和倾斜角度也需要完全符合共注射机喷嘴相对位置尺寸。为了便于制品导电性的分析测试，制品的结构要求尽量简化。制