高分子材料是优良的电器绝缘材料，体积电阻率一般在10¹⁰~10²⁰Ωcm之间。但是随着现代化科技的发展，特别是电子工业、汽车工业以及信息技术的快速发展，对具有导电性能的高分子材料的需要与日俱增。根据结构和制备方法的不同，导电高分子材料可以分为本征导电高分子材料和复合型导电高分子材料（或称聚合物基导电复合材料^)[1]。

复合型导电高分子材料是高分子材料与导电物质通过分散复合、层压复合以及形成表面导电膜等方式构成的一种功能高分子材料^[2]。其加工工艺简单，成本低，研究更成熟，应用也更广泛，成为当前用途最广、用量最大的一种导电复合材料。复合型导电高分子材料是指以通用高分子材料为基体，采用物理或化学方法加入各种导电物质复合，得到的既具有一定导电性能又具有良好力学性能的复合材料。作为一种新兴的功能材料，聚合物基导电复合材料不仅具有导电功能，又保持了高分子材料的特性，而且能在很大范围内调节电学和力学性能。另外，聚合物导电复合材料拥有低逾渗值，良好的加工性能和力学性能, 故广泛应用于抗静电及电磁屏蔽材料、发热材料、压阻复合材料、压敏导电胶等^[3][4]_。

近年来,有关聚合物基导电复合材料的研究已受到普遍的重视,但对导电复合材料导电机理研究的不足制约了其应用和发展。导电复合材料的导电机理相当复杂,通常可分为导电通路如何形成和材料形成导电通路后如何导电这两个方面来研究，其所涉及的导电机理目前已有渗滤理论、有效介质理论、量子力学隧道效应理论、电场发射理论等几种代表性导电机理理论。人们提出了许多导电机理模型,详细介绍了渗滤理论、有效介质理论、量子力学隧道效应理论等几种具有代表性的导电理论,对其适用范围、优缺点等进行了评述。通过对这些导电机理的探讨,有助于加深对复合型导电材料以及其它导电复合材料导电行为的了解。其中渗滤理论主要用来解释电阻率与填料浓度的关系,它并不涉及导电的本质,只是从宏观角度来解释复合材料的导电现象。与渗滤理论一样,有效介质理论适用于许多体系^[5],它认为材料导电行为与导电填料和基体都有关,但这一理论没有揭示出基体和界面是如何参与导电的。隧道效应理论是应用量子力学来研究材料的电阻率与导电粒子间隙的关系,它与导电填料的浓度及材料环境的温度有直接的关系。电场发射理论则是隧道效应导电机理中一种比较特殊的情况。这几种导电机理各有其适用的范围,但往往复合导电材料的导电行为是由这些机理共同作用产生的^[6]。

聚合物基导电复合材料的综合性能与组分的类型及性质紧密相关。炭质填料如炭黑 (CB)、(G)石墨或碳纤维 (CF)导电高分子复合材料等常应用于各种工业应用中，包括电池电极、燃料电池、抗静电媒体和耐腐蚀材料。虽然这种复合材料的电导率一般高随填料含量增加而增加，但是填料颗粒不够湿润，填料负载水平也有可能伴随力学性能下降。在高填料浓度复合过程中与填料分散时遇到的困难也变得越来越突出^[7]。当导电填料达到一定值时，导电粒子在聚合物基体中的分散状态发生了突变，即在基体中形成了导电渗滤网络，此时复合材料的电阻率会发生突变。发生此临界转变所需的最小导电填料的体积分数称为渗逾阈值。导电复合材料的渗滤阈值的大小不仅依赖于导电填料在聚合物基体中的分散状况和聚合物基体性质，而且还依赖于导电填料的几何形状^[15]。

多年以来，有关复合型导电高分子的研究不胜枚举，但仍有许多问题没有得到很好的解决。如：在添加导电介质提高导电性的同时，力学性能下降，因此复 合型导电高分子材料的发展主要集中在降低电阻率与提高材料的综合性能两个方面^[8]。

本课题研究的是碳纤维填充聚丙烯基导电复合材料的制备与性能。PP(聚丙烯)因为拥有低廉的价格，良好的加工性能，故被广泛地用于制备聚合物复合材料中。而导电填料的种类、形态、比表面积等因素决定了复合型导电高分子材料的导电性能。在本课题中，我们所选的导电填料是CF（碳纤维）。碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和热膨胀系数小等一系列优异性能,故它既能作为结构材料,又能作为功能材料使用。碳纤维是纤维状的碳材料,化学组成中碳元素占总质量的90%以上,可形成金刚石、石墨、卡宾等结晶态,也可形成非晶态的各种过渡态等^[9]。在空气中, 350℃以上温度会出现不同程度的氧化,在惰性气氛中高温时也不熔融,只是在3500℃以上的高温直接升华^[10]。目前世界上生产和销售的碳纤维绝大部分是聚丙烯腈基碳纤维,而沥青基碳纤维的发展还是在20世纪80年代后期,此外,气相生长碳纤维还在研究中。原料及制法不同,所得碳纤维的性能也不一样。

碳纤维可单独使用,但绝大多数是以复合材料的形式使用, 其中,又以碳纤维增强树脂基体复合材料为主要形式。纤维性能转化为复合材料性能是一个从微观到宏观的复杂过程,这个过程中材料体系从两相变成三相,形成界面相,这是 复合材料形成的标志。树脂基体通过界面与碳纤维连在一起,将载荷通过界面传递给纤维。碳纤维的表面结构与性质直接影响复合材料的界面性质,进而影响到复合材料的宏观性能。碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)作为工程结构材料使用时, 要求层间剪切强度(ILSS)在80MPa以上,最好在90MPa以上。未经表面处理碳纤维,其CFRP的ILSS一般在 50～ 60MPa之间, 达不到使用要求的下限值;碳纤维经表面处理后,其CFRP的ILSS可提高到80～120MPa,能满足使用要求。碳纤维经表面处理的能显著改善纤维与基体树脂之间的界面粘接,充分发挥增强纤维的高强度和高模量特性,使其强度利用率达到 80%～ 90%;而未经表面处理碳纤维的强度利用率仅为 55% ～ 60%。因此,碳纤维的表面处理成为其在树脂基复合材料使用时考虑的一个重要因素^[11]。其中碳纤维的表面性能包括表面物理性能和化学性能。表面物理性能主要包括表面形貌、表面沟槽大小及分布表面粗糙度、表面自由能等。表面化学性能包括表面化学成分,主要基团种类与含量等等^[12]。

未经表面处理的碳纤维，表面存在许多沉积物，用它作增强材料时，纤维与树脂界面的粘结性能较差，复合材料受力时。易造成纤维被拉出，负荷不能被传递，材料形成剪切破坏^[13[14]。故使用CF进行实验时，需进行一系列的表面处理。碳纤维的表面处理方法有:

1)表面氧化法,又可分为气相氧化法、阳极电解氧化法、等离子氧化法和液相氧化法等;

2)表面涂层法,又可分为清洗与涂层、氧化与涂层等;