毕业设计（论文）-电炭黑聚乙烯热塑性复合材料的制备和性能研究

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1、中原工学院毕业设计（论文）目录一引言11.1研究的目的及意义11.2研究现状及发展趋势11.3热塑性复合材料的应用21.4所要解决的问题3二技术要求42.1导电炭黑/聚乙烯热塑性复合材料技术要求42.2技术路线4三原材料及设备63.1实验原材料63.2实验设备及仪器6四工艺及性能测试74.1试样制备74.1.1配料74.1.2平行双螺杆挤出造粒机造粒74.1.3压片74.2性能测试84.2.1拉伸强度和断裂伸长率的测定84.2.2体积电阻率的测定84.2.3热分析DSC84.2.4热老化处理94.2.5密度测试94.2.6熔融指数10五结

2、果与讨论115.1PE的选用115.2导电炭黑的选用135.2.1炭黑的导电机理135.2.2导电炭黑对体积电导率的影响135.2.3导电炭黑对熔融指数的影响145.2.4导电炭黑对密度的影响155.2.5导电炭黑对拉伸性能的影响165.2.6导电炭黑对黏流温度的影响175.3抗氧剂的选用185.4润滑剂的选用19六最优配方21七成品的性能22八实验过程中遇到的问题及解决方法23九效益分析24十结论25参考文献26致谢2727中原工学院毕业设计（论文）一引言1.1研究的目的及意义复合材料是由两种或两种以上的单一材料,用物理或化学的方法经人

3、工复合而成的一种固体材料。复合材料的范围极其广泛,其发展和应用可以追溯到人们使用草杆粘土的时代。生物材料如竹子、木头、牙齿和贝壳等都是天然复合材料,还有许多现代的充分利用不同材料组分性能的功能性复合材料。热塑性复合材料可在熔融状态下可成为无定形状的制品，并可再加热熔融而制成另一形状的制品．还可重复多次再生使用而其物理机械性能不发生显著的变化。另外，它可一次性制成形状十分复杂而尺寸十分精密的制品，生产周期仅需数分钟。由于热塑性塑料经过增强后，性能大为提高，有些机械性能已跨进了金属强度的范围，从而大大扩展了复合材料的使用范围，可以代替金属和木

4、材。热塑性复合材料抗冲击损伤容限高,冲击后残余压缩强度比热固性复合材料大,并且热塑性复合材料具有好的热压缩强度。由于热塑性复合材料加工中的高温和高粘度,所使用的模具成本高,而且热塑性树脂高温强度和化学稳定性不如热固性树脂,加上使用经验不足,应用还不十分广泛。[10]1.2研究现状及发展趋势在过去5年里，全球热塑性复合材料(TPC)市场需求显著增长，预计未来5年全球TPC出货量将以5.9%的速度增长，2014年TPC市场将达到62亿美元。全球领先的管理咨询和市场研究机构Lucintel公司对世界TPC市场进行全面分析后，发表了一份题为《20

5、09~2014年全球热塑性复合材料市场的机遇：趋势、展望与机会分析》的研究报告。按照这项研究，最近5年TPC的热点是LFT即长纤维增强TPC应用。运输行业成为TPC最大的市场，超过了消费品市场。为了获得竞争优势，材料供应商已经将技术开发重点放在客户定制解决方案上，秉承以客户需求为导向、以创新为推动力的发展战略，从而实现更广泛的市场渗透。文中还指出，TPC供应商必须理顺价格，改善加工性能、产品性能，提高生产效率以及产品回收率。[14]炭黑填充聚乙烯复合导电材料的电性能与炭黑的种类、结构、填充量密切相关。作为导电填料的炭黑,其导电性与其比表面

6、积、结构性、表面化学性质有关。比表面积是单位质量炭黑的表面积,它是炭黑聚集体中炭黑颗粒外表面和内表面(孔隙)27中原工学院毕业设计（论文）面积之和,比表面积越大,炭黑粒子尺寸越小,单位体积内的颗粒数越多,越容易彼此接触形成网状导电通路,导电性越好;炭黑的结构性是指炭黑粒子与粒子之间形成链状结构的程度,组成炭黑聚集体的粒子越多,结构性越高,形成网状导电结构的几率越大,导电性越好,一般用吸油值(DBP)来表征炭黑的孔隙度,即结构性、吸油值越高,炭黑的结构越高,高结构炭黑不仅导电性好,而且容易扩散,因为高结构炭黑凝聚体中心之间距离较大,相邻凝聚

7、单元之间的吸引力较小,因而在树脂中的分散性好。表面化学性质是指吸附在炭黑表面的活性官能团的数量,在炭黑的生产过程中,炭黑表面常形成一些活性含氧官能团,这些官能团的存在影响电子的迁移,使炭黑的导电性下降。可采用PH值来表征炭黑的表面化学性质,表面官能团少的炭黑通常呈弱碱性或中性,具有较好的导电性。[9]1.3热塑性复合材料的应用(1)作为金属材料的取代物多年以来，热塑性复合材料正在替代轿车和轻型货车上的金属部件，这不仅仅是为了获得一美观的外壳，更主要的是集成起来的组件可以降低重量和成本，并且大大简化了生产线的操作。具体说来其优点如下：降低成

8、本——用热塑性复合材料制造零部件，使原先需组合的零件简化成一个整体部件，从而提高生产效率，降低废／次品率，最终降低成本。降低重量——热塑性复合材料的密度一般为0．9g／cm’～1．6g／cm。