论文总字数：15693字

摘 要

本实验主要内容是制备以聚乙烯为基体的导电复合材料，并且通过添加不同含量的导电填料以及第二基体，研究对材料性能的影响，往不同比例的基体中添加不同含量炭黑，测试其电性能以及力学性能。还研究对材料各个性能的影响，通过SEM对材料的微观结构进行对材料的微观结构进行研究研，通过分析这些图片得出相应的结论，之后通过不同比例的扭矩流变仪制备EVA / HDPE / CB导电复合材料。我们还研究了CB颗粒的分散形态。以及CB和EVA / HDPE / CB共混物的导电性和机械性能之间的关系。研究了HDPE / EVA相和EVA含量的相变以及HDPE / EVA共混物中CB的选择性分布。为了确定最佳生产工艺中的最佳生产范围，开发新的导电复合材料，具有优异的机械性能和电性能。

关键词：导电高分子 渗流阈值 电性能 力学性能 应变电阻率。

Preparation and Properties of Carbon Black Filled High Density Polyethylene Conductive Composites

Abstract

The main content of this experiment is to prepare polyethylene as the base of the conductive composite material, and by adding different content of the conductive filler and the second matrix to study the impact on the material properties, to different proportions of the matrix to add different content of carbon black, test its Electrical properties and mechanical properties. During this period, the effects of various properties on the materials were studied. The microstructures of the materials were studied by SEM. The results were analyzed by analyzing the images. Then, the EVA was prepared by different proportions of torque rheometer. / HDPE / CB conductive composite material. We also studied the dispersion of CB particles. As well as the relationship between the conductivity and mechanical properties of the CB and EVA / HDPE / CB blends. The phase transition of HDPE / EVA phase and EVA content and the selective distribution of CB in HDPE / EVA blends were studied. In order to determine the optimum production range in the best production process, the development of new conductive composites, with excellent mechanical properties and electrical properties.

Keywords: Conductive polymer；Seepage threshold；Electrical performance；Mechanical properties；Strain resistivity

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 导电复合材料的加工方法 1

1.2.1表面导电膜的成型方法 1

1.2.2导电填料的分散方法 1

1.2.3导电材料层积复合方法 2

1.3 导电复合材料的应用 2

1.3.1抗静电和导电领域 2

1.3.2可以作为新型屏蔽材料 2

1.3.3 3电器工程 2

1.3.4其他 3

1.4 导电复合材料的影响因素 3

1.4.1基体树脂的影响 3

1.4.2导电填料的影响 3

1.4.3制备方法以及制备工艺的影响 3

1.4.4其它因素的影响 3

1.5 CB填充型导电复合材料 3

1.5.1CB填充导电型复合材料的导电原理 4

1.5.2炭黑填充两相聚合物 5

1.6 复合材料研究现状和展望 5

1.6.1导电高分子研究现状 5

1.6.2展望 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料和设备 7

2.2 HDPE/EVA/CB导电复合材料的制备 8

2.2.1称料 8

2.2.2导电复合材料的制备 8

2.3 工艺流程图 9

2.4 HDPE/EVA/CB导电复合材料物理性能的测试 9

2.4.1HDPE/EVA/CB导电复合材料电性能的测定 9

2.4.2哑铃试样宽度、厚度的测量 9

2.4.3HDPE/EVA/CB导电复合材料力学性能的测定 10

2.4.4HDPE/EVA/CB导电复合材料表征相关测定 10

第三章 结果与讨论 11

3.1 EVA和CB含量的增加对HDPE/EVA/CB导电复合材料电性能的影响 12

3.2 EVA和CB含量的增加对LDPE/EVA/CB导电复合材料力学性能影响 14

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 绪论

1.1 引言

我们现在早已步入新材料时代，这些材料的用途已经与我们的生活息息相关，然而材料品种可以很广泛，随着时代的进展，我们对此的需求越来越大，对材料的各个性能都有了较高的期望，然而功能复合材料是其中的一大类，现在的飞机上用的隐身材料，飞船商用的耐高温材料等，可以毫不夸张地说，功能材料无处不在，在经济快速发展的今天，人们的技术越来越发达，需求也不断在提高，人们了解聚合物材料的水平和研究也有所改善。然而，大多数聚合物材料具有介电性质，因此导电聚合物材料的研究和开发即将来临。伴随导电高分子的进一步研究，人们将其划分为两种不同的类型，第一种是带电的，对于这一种导电高分子，目前关于它的各个方面的技术都不算成熟，对于其来说，现在的应用还不是太广泛，第二种人们称其为复合型导电材料，对于这种导电高分子，当前关于它的技术研究已经基本完善，特别是它的加工和成型与目前技术成熟的高分子材料大部分都差不多，他还有很多利用的价值，所以这种材料目前应用范围很广泛，而我这次实验的过程也属于这第二种材料。当使用廉价的填料填补，促进研究，为未来的复杂新材料提供充分的研究依据。而填充有炭黑（CB）的高密度聚乙烯（HDPE）复合材料在科学研究领域引起了广泛的关注和工业应用。通过炭黑填充会使复合材料电性能、力学性能等会有很大的变化，人们可以根据自己的需求对填料进行不同方式的改变得到符合自己需求的产品。

1.2 导电复合材料的加工方法

1.2.1表面导电膜的成型方法

表面导电膜成型法，可以采用导电涂料来蒸镀金属或给金属氧化物镀膜，亦可采用金属热喷涂、湿法镀层使得高聚物形成表面导电膜。

1.2.2导电填料的分散方法

导电填料分散法是当前导电复合材料的主要研发生产方式，可研发生产各类导电高分子复合材料。导电复合材料过去常用碳黑，不过现在碳纤维、金属纤维和金属镀膜玻璃纤维等各种新型导电复合材料被广泛研发。

1.2.3导电材料层积复合方法

导电材料层积复合法是把碳纤维毡、金属丝、带等导电层和以塑料为基体的高分子材

料通过叠压制成导电塑料。

1.3 导电复合材料的应用

1.3.1抗静电和导电领域

由于我们人为操作不当的过程，或者难免会存在一些我们所不能避免的问题，这样就造成了使带电体的材料很容易产生静电过程，当这个电量越来越大的时候，轻则给我们带来很大的不便。重则会发生很严种的事故，所以我们需要这种技术来改善这种情况，给我们生活带来好处。比如：当产生电荷时，两个材料会会因为不同的电荷发生吸引或者排斥，这样会给加工人员带来很大的不方便，再者这种现象往往会使产品的质量下降，第三呢，产生静电可能会造成重大的事故，当加工聚合物静电电压达到上万伏时周围如有爆炸物时，这样就会造成重大的事故。因此，在我们加工、生产时一定要做好严格的防范措施。

1.3.2可以作为新型屏蔽材料

屏蔽电磁波意味着电磁波不会传送过来，所以他的能量就不足以造成很大的危险，由于电子，通信和信息技术的飞速发展，无限频率干扰（信号干扰）是不可避免的，因此对于屏蔽和隐身材料的发展要求越来越高。铁素体具有吸收电磁波的特点，但其应用受其加工技术的限制。因此，可以使用铁氧体粉末和通过热压制成的树脂复合材料，或者可以通过涂布法获得表面吸收涂层，产品应用需求。

1.3.3 3电器工程

复合型导电塑料还大量用在电气工程方面。我们需要设计一些高度绝缘的复合材料用于此方面。可以制作复合杆塔，由于其有耐腐蚀耐高温等特点，这样可以延长杆塔的寿命，节约成本。

1.3.4其他

导电橡胶它本身具有良好的气密特性，常用于生产密封的材料制品。

1.4 导电复合材料的影响因素

1.4.1基体树脂的影响

从基体树脂的结构来看，基体树脂基体的性质，主链的规整性等一系列因素都可降低基质树脂的热稳定性对复合材料内的导电路的影响，导致电导率的显着降低。

1.4.2导电填料的影响

导电填料的种类、填料粒子的形状、粒径、用量的不同等对复合材料的电性能都会产生影响。炭黑的结构与性质对复合材料的电性能影响很大。在填充量相同的情况下, 导电炭黑能给予复合材料较高的导电性。

1.4.3制备方法以及制备工艺的影响

在制备方法方面，采用熔融共混法制备复合型导电高分子材料。混炼会破坏填料的分子链和结构，对材料的导电性产生影响。因此，为了导电结构的完整性，混炼过程中需要控制混炼工艺参数，适当的添加适合的加工助剂，加工前尽可能使材料保持干燥并且延长材料的成型时间和提高材料的成型温度。

1.4.4其它因素的影响

除了上述影响因素外，对于加工的时间、加工环境、加工和成型模具、聚合时的条件（如电极电位、聚合速度等）等在一定程度上也会影响导电复合材料的导电性能

1.5 CB填充型导电复合材料

CB其本身有很多优点，致使我们把它作为理想的填料。我们可以在CB表面检测出一些基团。这些基团属于非疏水性。所以在生产时其会和水存在相似相溶。CB 的这种现象也会随着其表面基团的的增加而增强。这样就造成了电子的迁移比较困难, 这样就导致了它的点性能很差。为了避免这种现象，我们需要采取相应的措施进行改进。 总而言之，其是目前用得最多的填料之一。

1.5.1CB填充导电型复合材料的导电原理

图1、CB含量对与电导率的关系

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