高導電、低逾滲聚乳酸-碳納米管導電復合材料的結構設計.pdf

1、多壁碳納米管由于其優(yōu)異的熱學和電學等性能，已經成為當前材料科學領域的研究熱點。碳納米管作為一種高長徑比的一維材料廣泛用于聚合物改性，賦予聚合物材料優(yōu)異的機械性能、熱穩(wěn)定性、導電、導熱以及電磁屏蔽性能等。近年來，由于其突出的性價比，碳納米管尤其被廣泛用于導電高分子復合材料的制備。眾所周知，制備導電高分子復合材料的關鍵在于降低逾滲值（臨界填料含量，當含量超過此值時，將形成滲透網(wǎng)絡）。然而，常規(guī)的填料分散由于空間效應往往需要很高的添加量才能形

2、成導電網(wǎng)絡，因此，有效的碳納米管分布將決定復合材料最終的導電性能。本文重點從形態(tài)調控的角度，旨在調節(jié)碳納米管在高分子基體中的有效分布，構建高效的導電網(wǎng)絡。
　　為了解決以上問題，本文從晶體排斥、相態(tài)演變、隔離的角度出發(fā)，基于生物基聚乳酸基體，設計了三種不同形態(tài)結構的導電聚乳酸/碳納米管復合材料，降低了材料的導電逾滲值。主要內容包括以下幾個方面：
　?。?）通過引入綠色的高熔點聚乳酸（hPLLA）來調節(jié)聚乳酸的結晶形態(tài)，深入研

3、究了晶體排斥效應程度對多壁碳納米管（MWCNTs）分布以及相應導電性能的變化，制備了導電性能和熱阻，以及機械性能得到明顯提升的納米復合材料。聚乳酸是一種很難結晶的脆性半結晶性高分子材料，研究表明，引入痕量高熔點的聚乳酸晶體即可顯著提高聚乳酸的結晶速率和結晶度。并且其結晶度基本隨高熔點聚乳酸的添加量保持恒定，這為研究單因素的結晶形態(tài)變化對MWCNTs分布提供了良好的契機，進而能夠有效地考察導電性能與結晶形態(tài)之間的關系。聚乳酸的球晶尺寸大小

4、隨高熔點聚乳酸成核劑的添加量增加而較小，但是導電性卻呈現(xiàn)先遞增后遞減的趨勢，在中等球晶尺寸是表現(xiàn)的導電性最佳。通過流變和微觀結構分析，我們從結構-性能的角度深入探討了導電性能隨晶體尺寸的變化，從碳納米管排斥和晶片互鎖的角度給出了清晰地原理模型。這為制備導電性能可調節(jié)的材料提供了良好的思路。
　?。?）通過引入聚乳酸立構復合晶體調節(jié) PLLA/PCL/MWCNTs復合材料的相態(tài)，使得填充碳納米管的PCL分散相發(fā)生相態(tài)反轉，轉變?yōu)檫B續(xù)

5、相，形成導電網(wǎng)絡，制備了少量高效的導電復合材料。研究了恒量碳納米管添加量下，復合材料的導電性能隨右旋聚乳酸添加量的影響，并從形態(tài)結構上分析了相態(tài)的演變過程。同時結果表明，通過在聚乳酸中引入20 wt%的右旋聚乳酸，PLLA/40PCL/MWCNTs復合材料的滲逾值由0.19 wt%降為0.025 wt%。最后，從結構-性能的角度出發(fā)，深入揭示了相態(tài)反轉對導電網(wǎng)絡形成的作用機理。
　?。?）通過在聚乳酸中構建隔離結構的碳納米管導電網(wǎng)