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                超高分子◥量聚乙烯基碳黑导电复合材料性能研究

                信息来自:超高分子量聚乙烯www.eastpipe.net    发布日期:2012-7-16   浏览次数:107  

                  导读:       导电高分子作为一种新兴的功能材料,不仅应用于高分子材料的抗静电领域,而且在导电和电磁♀屏蔽方面得到了极大的应用。碳黑填充超高分子量聚乙烯导电@复合材料具有原材料来源广泛、成型加工容易、电阻率可以大幅度调节的特点,因而在生产生活中应用较多。在前期工作的基础上,研究了分散剂、抗氧剂、

                        导电高分子作为一种新兴的功能材料,不仅应用于高分子材料的抗静电领域,而且在导电和电磁屏蔽方面得到了极大的应用。碳黑填充超高分子量聚乙烯导电复合材料具有原材料来源广泛、成型加工容易、电阻率可以大幅度调节的特点,因而在生产生活中应用较多。在前期工作的基础上,研究了分散剂、抗氧剂、增韧剂、阻燃∮剂等助剂对碳黑/超高分子量聚乙烯(CB/UHMW-PE)导电复合材料电性能的影响,并赋予新材料一定的阻燃性能,制备了双抗型的功能№材料。采用均匀设计的方法对各种助剂的用量进行优化设计,得到综合性能较好的配方。

                1 实验部分

                1.1原材料
                导电CB,天津某碳黑公司;UHMW-PE,18G,北京石油▲助剂二厂;分散剂(乙撑双硬脂酸酰胺)、增韧剂,青岛某新材料有限公司;阻燃剂1010,市售。

                1.2主要设备及仪器
                双辊开』炼机,XSK—160型,上海橡塑机械厂;哈克转矩流变仪,上⌒ 海某橡塑设备有限公司;平板硫化机,XLB,山东东▓方管业有限公司电子拉力试验机,GT—TCS—2000,台湾高铁仪器有限公司;扫描电子显微镜,JSM—7500F,日∮本电子仪器公司(JEOL);高阻计,PC68型,上海某仪器有限公司;四探针电导率测试仪,上海某仪器厂;氧指数测≡试仪,南京某分析仪器厂。

                1.3式样设备
                将烘干后的超高分子量聚乙烯、导电碳黑以及各种助剂在130℃、转速为50r/min的转矩流◥变仪上混炼11min,其中碳黑的质量分数均为13.4%。

                1.4性能测试
                电性能按标准GB1410—1978进行测试。
                拉伸强度与断裂伸长率GB1040—2006测试;冲击▂强度按GB1043.1—2008测试。燃烧↑性能按GB2406.2—2008测试。

                2结果讨论

                2.1分散剂用量对材料电性能影响
                在CB/UHMW—PE复合材料中添加分散剂主要目的是使混炼过程中更容易,使碳黑分散更加均匀∩,有利于导电网链的形成。工业中分散剂的加入质量分数通常为2%—6%。在试验中发现为散剂的加入却是有助于降低体系的体@ 积电阻率,已经达到煤炭部∏MT558.1—2005的电阻率要求。在分散剂质量分数小于2%之前,体系的体积电阻率是降低的;随分散剂用◆量增加,有小幅回升,然后稳定在6.7Ω*cm左右。此时分散︻剂的最佳质量分数为2%。

                2.2抗氧剂用量对材料电性能影响
                为缓解材料发生氧化∑降解或紫外线降解的速度,增强复合材料的稳定性,通过改变抗氧剂的用量研究了其对材料电性能的影响。由试验得知,随着抗氧剂的加入体系的体积电阻率也随之降▃低。抗氧剂的质量分数维持在1.5%即可。

                2.3增韧剂●的用量对材料电性能影响
                随着复合超高分子量聚乙烯新材料中CB含量的增加,材料的拉伸断裂率下降剧烈,表现为硬而脆的断裂方式。赋予新材料韧性,扩大材料的应用范围就变成一种必然。加入的增韧剂为马来酸酐接支聚乙烯(PE—g—MAH),结果由试验得知,随着增韧剂☉的增加,材料有半导体状态回归到绝缘状态。这说明这种增韧剂在提高界面黏结的同时,阻碍了碳◥黑的分散,牺牲了材料的电学性能。因此需要减少增韧剂的用量或者改换新的增韧剂。

                2.4阻燃↘剂用量对材料电性能影响
                纯聚乙烯材料极易燃烧,而且容▓易滴落引起新的燃烧,常用的阻燃剂为卤素类阻燃剂。所选定的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三∩氧化二锑,试验结果显示,随着阻燃剂的加入,体系的体积电阻率随之降低,对电学性能起正◢作用。在加入质量分数为5%的阻燃剂★后,体系的电阻率降到106Ω*cm。根据阻燃效果和力学性能测试之后可确定阻燃ζ剂的最佳用量。

                2.5均匀设计优化体系配方
                (1)综合考虑以上各种因素的影响,采用均匀设计的方法,优化复合超高分子量聚乙烯材料的各ζ 助剂配比,研究对复合超高分子量聚乙烯电性能的影响,期』望找出电性能、力学性能和阻燃性能较好的样品。
                   山东东方管业有限公司对实验结果来看,与基础配方相比,经过技术人员均匀设计配方的拉↙伸强度较低,都低于纯超高分子量聚乙烯样品。但均匀设计配方断裂伸长率相差不大,都在20%—50%相比于纯超高分子量聚乙烯的(600%)而言,增韧效果不很明显,有必要改进增「韧配方。
                (2)对这些基础配方、均匀设计配方分别进行了燃烧测试,得到结果:基础㊣ 配方加入CB(碳黑)后有一定阻燃效果,在测试中没有发生▆滴落现象,但是燃烧速度很快,远远达不到阻燃效果。而均匀设计配方氧指数高,达到23.5%(这也与阻╲燃剂的用量有关),测试中试样安静燃烧,无滴落,燃烧速度较为缓慢,但是还是低于氧指∞数26.0%的要求,有待改进。
                综合考虑电性能、力学性№能和燃烧性能,均匀设计配方其体积电阻率为6Ω*cm,拉伸强度居中,阻燃性能良◆好,但是从预期目的来看,还需要改进。

                3结论
                (1) 分散剂。抗氧剂、阻燃剂对CB/UHMW—PE材料电性能起正作用,增韧剂起※反作用。
                (2) 运用均匀设计的方法,得到较好的¤配方,具有较好的性能。
                (3) 增韧剂、阻燃剂的选用以及碳黑的分散方面还有待卐改进。

                参考:现代塑料加工与应用





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