免费论文：PEEK基导电复合材料的研究

碳纳米管(CNT)本身具有独特的高电导率，能够通过大的电流密度，与聚合物复合可极大地改善聚合物复合材料的导电性能，在电磁屏蔽、吸波、红外隐身、过电流保护器、防静电、导电等方面有着巨大的应用前景。但是由于碳纳米管具有很高的长径比，一般在1000以上，较大的比表面积和较高的表面能使其处于非热力学稳定状态，很容易互相缠绕并团聚成束状或团状，难于分散，严重影响了它在复合材料功能化方面的应用。聚醚醚酮（PEEK）是由芳基、酮基和醚基组成大分子主链的半结晶性线性高分子化合物，PEEK材料具有优异的耐热性能和力学性能，可通过不同成型加工方法制得厚、薄和形状复杂的制件，但是目前对PEEK基导电材料的研究还很少。因此，本文利用固体合金化方法，实现多壁碳纳米管（MWNT）在高粘度熔体PEEK中的均匀分散，并制备出高导电率、耐高温的PEEK/MWNT复合材料，同时考察了复合材料的微观结构、交流电性能、直流电性能和阻温性能。本论文主题部分由五章组成，简要如下：第一章 绪论。概述了目前碳纳米管填充树脂基复合材料、PEEK基导电复合材料的制备方法和电性能，以及导电理论的研究进展。第二章 实验部分。介绍了PEEK/MWNT复合材料制备、微观结构表征和性能测试的具体方法。第三章 PEEK/MWNT复合材料导电性能与混合工艺。研究了固体合金化和熔融混合两种方法，对PEEK/MWNT复合材料的微观结构和直流电性能、力学性能的影响。第四章 PEEK/MWNT复合材料导电性能与冷却方式。研究了模压过程中降温速度对PEEK/MWNT复合材料的交流电性能、直流电性能、热性能和力学性能方面的影响，并确立了合理的等效电路模型。第五章 PEEK/MWNT复合材料高温导电性能及其机理。研究了PEEK/MWNT复合材料的体积电阻率随时间、温度的变化，并研究了升温速度、 热循环次数、降温速度对材料阻温特性的影响，分析了PEEK/MWNT复合材料阻温机理。结论。研究表明：①利用固体合金化方法能够实现MWNT在PEEK基体中的均匀分散，使材料内部的导电网络结构更为完善，体积电阻率降低，逾渗阈值减小。②PEEK/MWNT复合材料的交流电性能参数随频率和MWNT含量的变化而变化，但缓冷成型和速冷成型具有不同的临界频率和逾渗阈值。速冷能够降低PEEK的结晶度，并使晶粒尺寸分布变宽，从而导致由不同长度MWNT所形成的导电网络更为密集，提高材料的导电性能，降低体系的逾渗阈值。③根据等效电路进行拟合，拟合曲线能够较好地反映实验曲线变化趋势；不同的交流电性能参数在临界频率前后的拟合效果存在差异；当MWNT含量超过逾渗阈值以后，材料的拟合效果更好；速冷PEEK/MWNT复合材料的拟合效果更好；等效电路参数R1和R2随MWNT含量的增加而减小，而C随MWNT含量的增加而增大。④随MWNT含量的增加，PEEK/MWNT复合材料的体积电阻率先快速减小后缓慢减小；随时间的延长，PEEK/MWNT复合材料的体积电阻率几乎不变；随温度的升高，PEEK/MWNT复合材料的体积电阻率出现NTC-PTC-NTC效应，但是PTC强度低。⑤随MWNT含量的增加，PEEK/MWNT复合材料的PTC强度先增大后减小，PTC效应的起始温度在220℃左右变化；随升温速度的增快，PEEK/MWNT复合材料的PTC 强度增大，PTC效应的起始温度降低；随循环次数的增加，PEEK/MWNT复合材料的PTC 强度减小，PTC效应的起始温度升高，滞后环减小。本论文贡献在于：①采用固体合金化方法实现了碳纳米管的同时截短、解缠；②制备出低逾渗阈值、低电阻率、宽温域稳定性好的PEEK/MWNT导电复合材料；③系统研究了PEEK/MWNT复合材料交流电性能，并确立了切合实验结果的复合材料等效电路模型。

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