炭黑填充sbs导电复合材料的制备及性能

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1、炭黑填充SBS导电复合材料的制备及性能材料学专业研究生郭晶晶指导教师昊大诚炭黑填充型导电复合材料是20世纪80年代迅速发展并活跃在高分子功能材料领域的新型材料。聚苯乙烯．聚丁二烯．聚苯乙烯嵌段共聚物(SBS)是应用广泛的热塑性弹性体，将SBS与炭黑(CB)共混制备导电复合材料，结合SBS优异的性能，其复合材料可在很大范围内调节电性能、力学性能和热性能，因而具有广阔的应用前景。本文研究了炭黑填充SBS复合材料的电性能，讨论了炭黑性质、混炼工艺以及不同制备方法对体系电阻率的影响，探讨了SBS／CB体系导电机理及LDPE／SBs／CB体系的电性能。在适宜的工艺条件下制备了电

2、性能稳定的复合材料，测试了试样的拉伸性能，分析了复合材料断面的微观结构，探讨了炭黑的加入对SBS／CB体系力学性能和玻璃化温度的影响。本论文比较了三种不同炭黑填充SBS制备的SBS／CB复合材料，其体积电阻率随着炭黑用量的增加均出现明显的逾渗现象。高结构度、小粒径和宽分布的导电炭黑E900效果好，渗滤阈值为10～20％。当SBS／CB复合体系处于渗滤闽值区域时，它对共混温度和共混时间两因素的影响特别敏感。实验中分别在共混温度100℃、120℃、140℃、160℃和180℃下研究了CB含量为20％、25％、30％的复合体系的电阻率．共混温度，电阻率．共混时间的关系，得出

3、适宜混炼温度为120。C，适宜混炼时间为6～Tmin的结论。热老化实验以及自然停放实验表明该导电体电性能稳定。CB含量为20％的复合材料的体积电阻率为3．24×104ncm，CB添加量为30％的复合材料的体积电阻率为5．9x103Q．cm，并且在SBS／CB的SEM照片上观测到导电炭黑在SBS基体中形成类似于“海岛”状的分布。制备方法对电性能也有很大影响，比较了混炼法及溶剂法制各的SBS／CB复合材料后发现，体系的导电性能优劣依次是磁力搅拌分散溶剂法，超声分散溶剂法>开炼法>密炼法。SBS／LDPE／CB体系的研究表明CB含量一定，SBS／LDPE／CB体系的体积电阻

4、率随LDPE的增多而降低，并在CB含量小时显著地下降。炭黑的加入增加了复合材料的电性能，同时也降低了它的力学性能。SBS／CB的应力-应变曲线表明：炭黑浓度增加，复合材料的最大断裂伸长率、拉伸强度均呈现下降的趋势，且炭黑含量低于15％时力学性能降低缓慢而后下降急剧。但复合材料的刚性及硬度提高，弹性模量增大。DSC测试数据表明：炭黑对SBS聚苯乙烯链段的影响大于聚丁二烯链段。随着炭黑浓度增加，复合材料的低温玻璃化温度向低温方向移动了249C，而高温玻璃化温度则向高温方向移动了约47℃，且高温玻璃化转变区域越来越窄。为了进一步了解炭黑与SBS的作用，本实验研究了SBS／C

5、B红外光谱。从炭黑的红外光谱分析知，炭黑的表面官能团有羧基、酚基、醌基、羟基、烷基、酯基等。对比SBS、CB和SBS／CB红外光谱图，认为SBS／CB红外光谱是SBS和CB红外光谱的叠加，是物理共混过程。关键词：SBS导电炭黑导电复合材料力学性能DSCTHEPREPARATIONANDPROPERTIESOFSBS／CBCONDUCTIVECOMPOSITESMatcrialogyGraduate：GuoJmgimgSupervisor：WuDachcogConductivepolymercompositefilledwithC盯bDnBlack(CB)wasboom

6、edfrom1980sandwidelyreseaxchcdinpolymerfunctionmaterials．Amongtheavailablepolymermatrix,thermoplasticelastomer,polystyrene-block-cis—1．4一polybutⅢliene-block-polystyrene(SBS)waswellknownforitsoutstandingmechanical，processingpropertiesandextensivelyindustrialapplications．Conductingpolymer

7、compositeswel"epreparedbydispersingCBconductingfillerinSBSmatrix．Inthisway,thecompositescouldhavea晰derangeofelectricalconductivityandmechanicalpropertiesduringmanufacturing．Theelectricalconductibilityofpolymercompositecanchangefrominsulatortoa(semi)conductorOVeraverynarrowrange