空间限位强制组装法制备热塑性导电复合材料分析研究 材料工程管理专业VIP专享VIP免费

第一章绪论1.1课题研究背景和研究意义1.1.1课题研究背景人类自古代起便开始使用由两种或多种材料构成的组合材料，最初的组合材料就是已经使用了一个多世纪的秸秆或麦秆增强粘土和已经使用了上百年的钢筋混凝土。自上世纪40年代，材料行业领域内出现了“复合材料”这个新概念，是由于航空工业领域的需求，人们研究开发出了一种新型塑料——玻璃纤维增强塑料，也就是我们现在常用的玻璃钢。人们将聚合物基体与不同类型的填料混合以提升其机械性能、导电性、导热性、屏蔽性能、防电磁波污染及阻燃性等许多其他性能[1-6]。导电材料在日常生活及生产制造领域中占据着举足轻重的地位，小到人们在生活中使用的家电，大到航空航天器等精密仪器的领域里，都离不开各种导电材料。随着社会发展和人类科学进步，传统导电材料性能已不能满足电子器械或航天器械的使用需求，人们迫切需求既能满足力学机械性能、加工性能，还能满足电子电器、通讯设备所需的性能要求的材料，这就对材料的性能要求更多的转向于多功能化、智能化，在提高导电性能的同时，最大程度的保留基材的本身特性。同时随着人们的环境意识增强，关于导电材料的研究也倾向于更环保化。聚合物基导电复合材料即是一种可以具备良好导电性，又可满足其他属性的导电材料，具有许多金属材料不具备的属性，如不容易被腐蚀，易成型，密度低等聚合物基体的特性。人们按照一定的方法和加工工艺，将导电填料与聚合物基体进行复合加工，在聚合物基体中形成连续有效的导电网络，从而使得复合材料具有了导电功能。这种新型材料在电子电器等产品中可以替代金属材料，在航天国防对材料的体积重量都有着较高的领域内也可应用，在人们日常生活中更是有着广泛的应用，如照明设备、手机等电子设备、特殊要求的电缆等。聚合物基导电复合材料具有广泛的发展前景和实际应用意义，因此如何有效提高聚合物基导电复合材料的电导率成为大家研究的热点[7-14]。1.1.2课题研究目的和意义如今聚合物基复合材料占到了所有复合材料总用量的90％以上，聚合物基复合材料根据聚合物种类不同，可以分为热固性复合材料和热塑性复合材料，热塑性聚合物基复合材料具有成本低、无存放条件限制等优点，同时成型周期短、制造工艺简单，可以实现大规模生产，受到了广泛的重视[15-17]。纤维增强复合材料是复合材料中最常见的一种，因其强度高、刚度大、耐腐蚀、抗疲劳、材料性能可以自由设计等优点成为行业内发展速度最快、应用领域最广的一种新兴材料。传统高分子材料除了导电性能不能满足需求外，最大问题便是在使用过程易出现较强的静电现象，这会导致制品的性能下降，还存在安全隐患，因为静电现象会引起火灾或爆炸等灾难性事故。除了导电方面的高要求外，为了抵抗工况中的电磁干扰和辐射干扰，还需要提高复合材料的屏蔽性能，以上要求都需要研究者不断寻求新的加工方法或工艺手段来提高复合材料的表面电阻和体电阻，在低浓度的导电填料填充下制备高导电性的复合材料。金属是在生产生活中使用最广的导电材料，还有许多改性的合金等，然而有些密度较大的金属材料不适用于对重量严格要求的领域，抗腐蚀性能较差的金属材料不适用于化工厂等易出现设备腐蚀的场合。一般的聚合物本身都具有较高电阻率，但是将聚合物基体与导电填料混合再通过一些加工手段即可制得具有很好导电性能的聚合物基导电复合材料，因其密度小、耐腐蚀、柔性、电阻率在一定范围内可调节等特点，具有非常广泛的用途和广阔的市场[18]。国外对导电复合材料的研究起步较我国要早，对基体和填料的选择及改性研究、加工工艺和工业化生产手段都已有比较完整的体系，我国研究者在这方面起步较晚，缺少高端先进技术支持，理论数据与实际操作效果达不到统一，在工业化生产方面也落后较多。为了解决最重要的问题，即有效提高复合材料的电导率，本文也是通过填充导电填料法来制备导电复合材料，并提出了一种构建有效导电网络的新方法：空间限位强制组装法，SpacialConfiningForcedNetworkAssembly（SCFNA）。随着“空间限位强制组装法”这一新工艺理论的提出，对于加工过程中导电网络成型机理的研究就显得尤为重要只有...