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1、磁场对填料型高分子材料性能影响的研究进展摘要：综述了部分填料型高分子材料在磁场取向作用下性能的变化，关键词：磁场，填料，高分子，性能 近年来,在材料制备过程中通过施加磁场而使材料的微观结构产生取向已成为材料学研究的热点[1-2].在磁场中,具有磁各向异性的晶体(或颗粒),不同的晶轴由于所受到的磁化能不同而发生旋转,直到所收到的磁化能最小,这就是磁致取向机制.借助磁场的作用,在合金凝固或有机物固化过程中,可以获得常规方式难以获得的组织与性能[3-6].复合型导电高分子材料(通常称填充型)由于制备简便、可加工性强、导电性能高等原因而在抗
2、静电以及电磁屏蔽材料领域得到广泛发展.本文主要介绍了在不同要求和场合下磁场对于填料型高分子性能的影响。1-导热性基体材料：硅橡胶原料：氢氧化铝(H?WF?8SP),中国铝业山东分公司;球形氧化铝(DAW?05),日本电气化学工业有限公司;双组份硅橡胶(R?657),广州标美精细化工有限公司;硅烷偶联剂(JH?N308),南京能德化工有限公司。材料的制备及表征：(1)偶联剂处理:称取经120干燥的填料,加入偶联剂的无水乙醇溶液中(5%),常温下超声振荡10min,然后120干燥以去除乙醇。(2)将一定量经偶联剂处理的填料分批加入硅橡胶
3、R?657中,充分真空搅拌后倒入自制不锈钢模具(模具上下面由一定厚度的橡胶片绝缘隔离),将模具上下面分别与高压直流电源的正负极相接,于80固化20min。(3)材料导热率的测试选用稳态热传导法(ASTMD5470),采用LW?9091IR导热仪(台湾瑞领)。样品制备3份,测量后取平均值。加电场单元体模拟：图1?加电场导热模型假设在外加电场作用下,球形导热颗粒形成了理想的链状结构,如图1(a)所示。设链与链之间的距离为a,颗粒之间的距离为b。令a=bk(k>1)(1)b=lr(l!2)(2)式(2)中的l为变量,可以通过改变l的大小来
4、调整成链颗粒之间的距离。根据最小热阻力法则和比等效导热系数相等法则[6],计算导热复合材料的等效导热系数可以转化成计算单元体的导热系数即可。将整体的复合材料视为由大量的长方体单元组成,长方体中心包含一个球形颗粒[7]。由图1(b)可得填料体积分数=3/4r3a2b(3)结合式(1)和式(2),在给定r和l情况下计算得到a和b。结论：图2和图3分别表示了氢氧化铝和氧化铝为填料的复合导热材料加电场与不加电场的有效导热率与填料体积分数的关系。图2?氢氧化铝/硅橡胶导热率与氢氧化铝体积分数的关系图3?氧化铝/硅橡胶导热率与氧化铝体积分数的关
5、系从图可以看出,电场存在下制备的复合材料的有效导热率相对于不加电场的情况都有不同程度提高。不加电场时,随着填料添加量的逐渐增加,氢氧化铝和氧化铝为填料的体系有效导热率都呈向上凹的类似指数式的增长趋势。因为开始时随着填料量的增加,填料之间没有相互作用,彼此仍然均匀分散开来,因此导热率虽然增加但不显著。当填料量达到某一临界值后,开始在体系中形成导热网链,导热率迅速增加[9]。在外加电场存在时,氢氧化铝和氧化铝为填料的体系有效导热率都呈向下凹的增长趋势,并且趋于平缓。2-电磁屏蔽性基体材料：丙烯酸酯原料：丙烯酸酯乳液:北京东方化工厂提供;
6、导电镍粉:平均粒径115μm,北京浩运工贸有限公司生产;分散剂:十二烷基苯磺酸钠(SDBS),北京西四化学试剂有限公司生产;增稠剂:聚氨酯缔合型增稠剂,北京兴美亚有限公司生产.性能测试与表征：将复合涂层用液氮淬断,表面喷碳后在剑桥S-360型扫描电镜观察微观形貌;采用四探针法测定涂层的导电性能;采用场强计测定磁场强度,将涂层样板剪成直径为115mm的圆片,根据SJ20524—1995(材料屏蔽性能测量方法),采用同轴法兰法测试电磁屏蔽效能,测试频段为30MHz～115GHz. 形貌表征：图1给出了施加磁场前复合涂层的微观形貌扫描电镜
7、照片.由于采用分散剂(SDBS)以及超声波对镍粉的团聚粒子进行预分散,导电镍粉可以很均匀的分散到树脂基体中.施加磁场后,材料的微观组织发生了显著的变化,具有明显的取向性(图2),呈“纤维束”状[7],导电镍粉分布在纤维束之间,较之施加磁场前接触更充分.在施加磁场时,分布丙烯酸脂乳液中的导电镍粒子相当于一个个悬浮的磁偶极子,在磁场作用下这些偶极子会发生偏转;此外借助磁偶极子的作用,导电镍粉颗粒也会“自发”地进行聚集.由于在施加磁场后迅速的升温固化,使这种状态保留下来,形成了“纤维束”结构.图1 无磁场时涂层截面的微观形貌 复合材料的电
8、磁屏蔽性能：从施加磁场前后复合材料屏蔽效能的曲线可知,施加磁场后材料的综合屏蔽效能提高.没有进行磁致取向处理的复合材料在500～900MHz之间屏蔽曲线存在较明显的波动,其屏蔽衰减峰值与谷值之差接近23dB;经磁致取向后复合材料的屏蔽
