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國內(nèi)導(dǎo)電高分子材料發(fā)展，目前尚處于起步階段，導(dǎo)電高分子材料制品無論種類、性能、還是與之相關(guān)的理論研究，均與發(fā)達(dá)國家有一定的差距 。因 此，導(dǎo)電高分子材料的研究在國內(nèi)仍具有很大的潛力，導(dǎo)電高分子材料市場潛力很大，應(yīng)用前景廣闊 。研究選擇以尼龍 6 (PA6)為高分子基體，以炭黑(CB) 和不銹鋼纖維(SSFs) 為導(dǎo)電填料，研發(fā)力學(xué)性能及導(dǎo)電性能優(yōu)異的導(dǎo)電尼龍材料。

本篇研究通過使用雙螺桿熔融共混法，將炭黑和不銹鋼纖維分別填充到 PA6 中， 制備得到 PA6 /CB、PA6 /SSFs、PA6 /CB/SSFs 復(fù)合材料，考察其電學(xué)和力學(xué)性能，結(jié)果表明: 單一導(dǎo)電填料填充的兩相復(fù)合材料的導(dǎo)電性能隨導(dǎo)電填料含量的增大而增強(qiáng)，電阻率增大; 炭黑與不銹鋼纖維的復(fù)配可以協(xié)同提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。

技術(shù)開發(fā)路線

下圖為技術(shù)路線圖，此項目研究單一導(dǎo)電填料填充尼龍 6 制備PA6 / CB、PA6 / SSFs 兩相復(fù)合材料，以及兩種導(dǎo)電填料復(fù)配填充尼龍 6 制備 PA6 / CB / SSF 三相復(fù)合材料的性能變化規(guī)律，從而得到低填充導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料的制備工藝。

 技術(shù)路線圖 

(1)不銹鋼纖維(SSFs)和炭黑 ( CB)單獨(dú)填充尼龍 6 兩相復(fù)合材料的制備及電學(xué)力學(xué)性能研究 ;

(2) 不銹鋼纖維 ( SSFs) 和炭黑 ( CB) 復(fù)配填充尼龍 6 三相復(fù)合材料的制備及電學(xué)力學(xué)性能研究 ;

(3) 尼龍 6 導(dǎo)電復(fù)合材料的增韌改性及性能研究。

1   炭黑母粒填充的兩相復(fù)合材料性能研究

下圖為 PA6 / CB 復(fù)合材料的力學(xué)電學(xué)性能隨炭黑母粒含量的增加的變化曲線 。從圖 3 可以看出隨著炭黑母粒的含量的增大，PA6 / CB 復(fù)合材料的電阻率逐漸降低，導(dǎo)電性能逐漸增強(qiáng) 。當(dāng)炭黑母粒的含量在 50% 時，炭黑含量的增大對電阻率的影響相對較小，電阻率的變化趨于平緩 。從圖 3 還可看出， PA6 / CB 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均隨炭黑母粒含量的增加呈現(xiàn)增大趨勢，缺口沖擊強(qiáng)度逐漸降低。

炭黑母粒含量對 PA6 / CB 復(fù)合材料性能的影響

2   不銹鋼纖維母粒填充的兩相復(fù)合材料性能研究

下圖為 PA6 / SSFs復(fù)合材料的力學(xué)電學(xué)性能隨不銹鋼纖維母粒含量的增加的變化曲線 。從圖 4 可以看出隨著不銹鋼纖維母粒含量的增大，PA6 / SSFs 復(fù)合材料的電阻率逐漸降低 。PA6 / SSFs 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度均隨不銹鋼纖維母粒含量的增加有升高的趨勢，而缺口沖擊強(qiáng)度逐漸下降。

不銹鋼纖維母粒含量對 PA6 / SSFs 復(fù)合材料性能的影響

3  炭黑和不銹鋼母粒填充的三相復(fù)合材料性能研究

表 4 為不同導(dǎo)電填料配比條件下，對 PA6 / CB / SSFs 復(fù)合材料性能的影響 。三相復(fù)合材料中固定尼龍的含量為 50% ，調(diào)整炭黑母粒和不銹鋼纖維母粒的含量 配 比，從 表 4 中 可 以 看 出，PA6 / CB / SSFs 復(fù)合材料的力學(xué)性能受兩種導(dǎo)電填料配比不同的影響相對較小 。復(fù)合材料的電阻率隨不銹鋼纖維母粒的含量增大及炭黑母粒含量的減少有增大的趨勢，但變化較平緩。不銹鋼纖維和炭黑在增強(qiáng)尼龍材料導(dǎo)電性能方面，表現(xiàn)出一種協(xié)同增強(qiáng)作用。

結(jié)論

1) 單一導(dǎo)電填料填充的兩相復(fù)合材料的導(dǎo)電性能隨導(dǎo)電填料含量的增大而增強(qiáng)，拉伸和彎曲強(qiáng)度呈增大的趨勢，而缺口沖擊強(qiáng)度逐漸下降。

2) 當(dāng)炭黑母粒的含量達(dá)到50% 時，炭黑含量的增大對電阻率的影響相對較小，故電阻率的變化趨勢趨于平緩。

3) PA6 / CB / SSFs 復(fù)合材料的力學(xué)性能受兩種導(dǎo)電填料配比不同的影響相對較小，變化趨勢趨于穩(wěn)定 。炭黑與不銹鋼的復(fù)配可以協(xié)同提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。