炭黑/环氧树脂复合材料导电行为的研究

分别采用不同的混合分散方法制备炭黑/环氧树脂(CB/EP)复合材料(CB牌号为F101、XE2,EP牌号为E-54、E-51和E-44),研究了制备工艺、CB用量和CB结构等对复合材料导电性能的影响。结果表明:不同方法制得的复合材料体积电阻率的大小依次为机械混炼法>离心混合法>超声分散法;CB/EP复合材料的导电性能随CB用量增加而显著提高,并且F101/E-54、XE2/E-54复合材料体系均表现出明显的导电渗流行为;CB结构对复合材料的导电性能影响较大,F101/E-54、XE2/E-54复合材料体系的导电渗流阈值分别为3.85%、0.47%。

纳米炭黑/环氧树脂复合材料的研究

利用填充混合法,选用不同添加量的纳米炭黑N220制备了炭黑(CB)/环氧树脂(EP)复合材料。利用X射线衍射(XRay)、透射电镜(TEM),研究了N220炭黑在环氧树脂复合材料中的分散状态;利用扫描电镜(SEM)对N220/EP复合材料的拉伸断口的形貌进行了观察。结果表明,N220炭黑通过偶联剂(KH550)的作用,可与环氧树脂形成良好的界面;N220炭黑在环氧树脂中主要以炭黑粒子以及聚集体的形态均匀分散,并有可能与环氧树脂固化时形成剥离结构;N220炭黑的加入,使材料的力学性能和耐热性均有很大的提高,材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和弯曲强度在N220的加入量为2%时均达到极大值82MPa、3%、20kJ/m2、107MPa,与纯环氧树脂相比,分别提高了32.3%、39.6%、88.7%、10.3%。

碳酸钙对炭黑/环氧树脂复合材料电性能的影响

研究了CaCO3对CB/EP体系室温体积电阻率及阻温特性的影响。以碳酸钙(CaCO3)为改性剂,炭黑(CB)为导电填料,环氧树脂(EP)为基体树脂,2-乙基-4-甲基咪唑(2,4-EMI),采用超声分散法制备了CaCO3/CB/EP复合材料。通过对其室温体积电阻率和电阻-温度特性的测试,结合扫描电镜等进行了微观形貌表征与分析。结果表明,在CB含量为14%的CaCO3/CB/EP体系中,随CaCO3含量增加,复合材料的室温体积电阻率先下降后上升,在0.5∶1(CaCO3∶CB)时达到最小值;含CaCO3的EP/CB导电复合材料PTC(正温度系数)效应强于CB/EP复合材料,在测试温度范围内没有出现NTC(负温度系数)效应。

炭黑/环氧树脂复合材料阻温特性研究

分别以低结构炭黑(F101)和高结构导电炭黑(XE2)作为导电填料,不同牌号(E-54,E-51和E-44)的环氧树脂(EP)作为基体树脂,采用超声分散溶液混合法制备了炭黑/环氧树脂(CB/EP)复合材料。研究了CB结构、CB含量和EP基体等对复合材料正温度因数(PTC)效应的影响。结果表明:F101/EP复合材料具有明显的PTC效应,而XE2/EP复合材料的PTC效应较弱;F101/EP复合材料的PTC强度随F101含量增加而增大,这与传统热塑性基复合导电高分子材料相反;以E-54为基体的复合材料具有较高的PTC强度,而以E-44为基体的复合材料具有相对较低的PTC强度。

炭黑/环氧树脂复合材料的电性能研究进展

介绍了炭黑/环氧树脂(EP)复合材料的制备工艺,讨论了炭黑/EP复合材料导电性能的影响因素,评述了炭黑/EP复合材料电阻正温度系数效应的机理解释和研究进展,展望了这一类材料的研究重点和发展前景。

炭黑/环氧树脂复合材料的导电阈值现象

目的研究炭黑/二氧化硅/环氧树脂复合材料中的导电阈值现象,寻找材料形成导电通路时炭黑的用量.方法通过溶剂化过程,制备了炭黑/二氧化硅/环氧树脂复合材料,并测试了复合材料表面涂层的导电性能.结果复合材料的导电特性可以用渗透理论来解释,其导电组分的阈值约为13.2%(体积分数).结论复合材料的导电性受炭黑用量的影响.当炭黑用量低于阈值时,孤立的炭黑颗粒被绝缘的聚合物所包缚,材料中没有形成导电通路网,电导率较低;当炭黑用量高于阈值时,炭黑颗粒数量增加,间距变小,电子隧道效应增强,材料中形成了导电通路网,因而电导率增加.

不同直径炭黑环氧树脂基复合材料力电性能及其机理

通过实验研究了喷雾炭黑、N762炭黑、特导电炭黑和N326炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、伏安特性及电场作用前后电阻变化,以及炭黑掺量对其上述性能的影响。试验结果表明,炭黑直径和掺量对炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性、伏安特性和电阻特性具有较大的影响。掺加质量分数为35%-52.5%,直径123 nm喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料具有很好的力电性能,电压和电流关系符合伏安特性,施加电场前后电阻没有明显变化;掺33 nm特导电炭黑和30 nm N326炭黑的环氧树脂基复合材料的力电变化没有明显的规律,电压和电流关系不符合伏安特性,施加电场后其电阻大幅度降低;掺84 nm N762炭黑和26.25%质量分数的喷雾炭黑的环氧树脂基复合材料力电变化具有规律性,但不稳定,电压电流关系不符合伏安特性,施加电场后其电阻降低,但下降的幅度不大。在实验研究的基础上,建立了炭黑环氧树脂基复合材料电路模型,揭示了电击穿是施加电场前后炭黑环氧树脂复合材料电阻发生明显变化的机理,最后,通过分析炭黑间环氧树脂间隙层的变形,解释了炭黑环氧树脂基复合材料的力电特性变化规律。

环氧树脂/改性纳米炭黑复合材料固化动力学

采用差示扫描量热法研究了表面改性纳米炭黑作为填料对环氧树脂非等温固化反应的影响。结果表明,改性纳米炭黑能促进环氧树脂的固化,降低固化反应的起始温度和固化峰温。运用Ozawa-Flynn-Wall等转化率法研究了复合材料固化活化能与转化率的关系,采用Malek法分析了动力学参数和反应机理。结果表明,固化反应符合两参数(m,n)自催化反应机理,模型预测与实验结果相吻合。

固化剂对炭黑/环氧树脂导电复合材料阻温特性的影响

分别以2-乙基-4-甲基咪唑(2,4-EMI)和甲基四氢邻苯二甲酸酐(MeTHPA)为固化剂,低结构炭黑(F101CB)为导电填料,环氧树脂(E-54)为基体,采用超声分散溶液混合法制备了F101/E-54/2,4-EMI和F101/E-54/MeTHPA复合材料。通过电阻-温度特性测试和差示扫描量热(DSC)法分别对其电性能和玻璃化温度进行了表征与分析。结果表明,以2,4-EMI和MeTHPA为固化剂的F101/E-54复合材料都具有PTC效应,F101/E-54/2,4-EMI复合材料具有较大的室温电阻率和PTC转变温度,较小的PTC强度;101/E-54/2,4-EMI复合材料的玻璃化温度Tg为161.7℃,与其PTC转变温度160.4℃接近,F101/E-54/MeTHPA复合材料的玻璃化温度Tg为133.5℃,与其PTC转变温度134.1℃接近;多次热循环使F101/E-54复合材料的PTC稳定性得到改善,以2,4-EMI为固化剂的复合材料体系表现得尤为明显。

双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料的制备及其吸波性能

通过采用整体压制的方法制备了双层混杂纤维/炭黑改性环氧树脂复合材料,对其吸波性能进行了研究。结果表明:随着炭黑含量的增加,材料的反射衰减峰向低频移动,当炭黑含量较高时,吸收主要作用在低频波段,且存在明显的双反射衰减峰。当炭黑含量为6%时,在13.6 GHz处反射衰减峰值可达-20.6 dB,≤-10 dB的有效带宽为3.6 GHz。当炭黑含量为8%时,双反射衰减峰分别在10.6 GHz和7.8 GHz,峰值分别为-17.0 dB和-14.9 dB,≤-10 dB的有效带宽为6.7 GHz。

炭黑/二氧化硅/环氧树脂基复合材料的PTC效应

在25～200℃范围内，炭黑／二氧化硅／环氧树脂基复合材料的电阻率随温度的升高而增加，表现出正的温度系数效应（PTC）。当温度低于80℃，低碳含量复合材料（14％和19％，基于聚合物的质量）的温度稳定性较好，这是因为炭黑用量的减少，将有利于环氧树脂与异佛尔酮二异氰酸酯之间亲核加成反应的发生，材料中形成了更多的交联链，在一定程度上限制了聚合物骨架的运动性，降低了其对炭黑形成的导电通路网的破坏作用。当温度高于160℃，高碳含量复合材料（24％和33％，基于聚合物的质量）的温度稳定性好，这是因为高温条件促进了热激发的电子越迁过程，在一定程度上抵消由于组分热膨胀性差异而引起的对导电通路的破坏作用；而热激发的电子越迁过程对炭黑颗粒间距小的高碳复合材料的影响更为显著。扫描电镜、红外光谱和差示扫描热量法分析结果支持上述结论。

炭黑-环氧树脂导电复合材料力-电性能研究

研究了填充炭黑的环氧树脂即导电复合材料的导电机理,不同炭黑掺量复合材料在一次加载及反复加卸载下的压阻效应.结果表明,炭黑掺量为20%试件的压阻效应明显且稳定;各掺量试件卸载后均存在较大的残余电阻,经多次加卸载后,电阻变化率逐渐减小并趋于一不变值;卸载后电阻的恢复率不断增加,最终可完全恢复.

炭黑/环氧树脂复合材料的制备及电性能研究

介绍了以二氧化硅为分散剂的炭黑/二氧化硅/环氧树脂基复合材料的组成、制备、导电机理,渗流阈值及PTC效应。分析了影响其PTC效应的因素,包括炭黑粒子、聚合物基体以及材料的加工工艺等。

聚醚酰亚胺对炭黑填充环氧树脂复合材料导电性能和吸波性能的影响

利用反应诱导方法设计制备了炭黑(CB)包覆环氧树脂(EP)微球/聚醚酰亚胺(PEI)(EP/PEI/CB)复合材料。研究了该复合材料的微观结构,测量了其导电性能及在Ka波段的吸波性能,并与CB填充EP(EP/CB)复合材料进行了对比。结果表明,在EP/PEI/CB中,CB选择性分布在PEI相中并形成较规则的立体网状连续相,EP为30μm左右大小的微球分散相,与EP/CB相比具有更低的体积电阻率。EP/PEI/CB属于一种谐振腔式吸波体,在33～40 GHz范围具有较好的吸波性能且优于EP/CB,最大吸收峰出现在35.61 GHz,峰值反射率(R)为–17.40 dB,吸收带宽3.22 GHz(R<–10 dB).

光热双响应形状记忆聚氨酯/炭黑纳米复合材料的制备及性能研究

选用聚己内酯为预聚物,炭黑(CB)纳米颗粒作为光响应功能性填料,通过溶液聚合制备了一种光热双响应形状记忆聚氨酯(SMPU)/CB纳米复合材料。利用IR、SEM、DSC和DMA对其结构、形貌、热学性能和形状记忆性能进行表征。研究结果表明,SMPU/CB纳米复合材料展示出优异的形状记忆性能,其形状固定率和形状回复率均在97%以上。此外,由于CB的光热效应,SMPU/CB纳米复合材料在红外光的照射下具有快的响应速度及大的弯曲变形角度,在航空航天、智能驱动等领域具有潜在的应用前景。

聚碳酸酯对环氧树脂/炭黑复合材料结构与导电性能的影响

利用溶液共混法制备了环氧树脂(EP)聚/碳酸酯(PC)炭/黑(CB)三元及EP/CB二元两种复合材料。采用扫描电子显微镜、光学显微镜、精密阻抗分析仪、高阻计研究了它们的微观形貌及电性能。结果表明,从热力学角度,PC比EP更容易和CB相容,在EP/PC/CB复合材料中,PC可以起到类似表面活性剂的作用;加入PC可以显著提高CB粒子在复合材料基体中的分散性,并能够帮助形成较好的导电网络,相应地,显著提高了EP/CB复合材料的导电性、介电常数及介电损耗。

炭黑对环氧树脂复合材料的非等温固化动力学的影响

本研究运用非等温固化动力学探究炭黑对环氧树脂/DDM复合材料固化的影响。将混有不同质量分数炭黑的环氧树脂/DDM在DSC热分析仪里分别在5、10、20、40℃/min的升温速率下发生固化,采集加热过程中的热焓值变化数据。分别运用Kissinger方程和Coat-Redfern方程对得到的数据进行处理,得到固化反应的活化能。分析结果表明:炭黑对环氧树脂的固化起阻碍作用,这种阻碍作用在炭黑质量分数为3%时最大;CB/环氧树脂复合体系的活化能随着转化率的增大先下降再上升。

炭黑－环氧树脂导电复合材料的研究

本文研究了炭黑－环氧树脂复合材料的制备工艺及炭黑填充率对材料电阻率的影响。实验结果表明，加入表面活性剂，明显改善了炭黑在环氧树脂中分布的均匀性。炭黑－环氧树脂材料具有明显的渗流效应，正温度系数效应即ＰＴＣ效应，非线性伏安特性和电磁波屏蔽效应。

混炼工艺对炭黑/天然橡胶复合材料性能的影响

选用干法密炼机混炼、湿法开炼机混炼、湿法密炼机混炼和湿法连续混炼四种混炼工艺,通过测定硫化特性、物理机械性能、动态力学性能和炭黑分散度等探究不同混炼工艺对炭黑/天然橡胶复合材料性能的影响。结果表明,湿法混炼胶的综合性能优于干法混炼胶,湿法连续混炼工艺制备的混炼胶的性能最佳,同时提高了混炼各个工序之间的连续性和自动化程度。

基于炭黑环氧树脂基复合材料涂层的钢筋应变测量方法研究

用纳米炭黑环氧树脂复合材料对钢筋表面处理,力学性能试验表明,复合材料的电阻变化率与钢筋的应变之间有较好的对应关系。在钢筋未屈服之前,电阻相对变化率与钢筋的应变大致呈正相关线性关系。当钢筋屈服之后,电阻相对变化率随钢筋应变的增大而急剧增大。这结果表明,可以通过测量复合材料的相对电阻变化率来监测钢筋的应变,从而为钢筋的力学状况监测提供一条新的途径。在机理分析的基础上,导出了电阻相对变化率与应变的数学解析式。