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多壁碳纳米管由于其优异的热学和电学等性能,已经成为当前材料科学领域的研究热点。碳纳米管作为一种高长径比的一维材料广泛用于聚合物改性,赋予聚合物材料优异的机械性能、热稳定性、导电、导热以及电磁屏蔽性能等。近年来,由于其突出的性价比,碳纳米管尤其被广泛用于导电高分子复合材料的制备。众所周知,制备导电高分子复合材料的关键在于降低逾渗值(临界填料含量,当含量超过此值时,将形成渗透网络)。然而,常规的填料分散由于空间效应往往需要很高的添加量才能形成导电网络,因此,有效的碳纳米管分布将决定复合材料最终的导电性能。本文重点从形态调控的角度,旨在调节碳纳米管在高分子基体中的有效分布,构建高效的导电网络。为了解决以上问题,本文从晶体排斥、相态演变、隔离的角度出发,基于生物基聚乳酸基体,设计了三种不同形态结构的导电聚乳酸/碳纳米管复合材料,降低了材料的导电逾渗值。主要内容包括以下几个方面:(1)通过引入绿色的高熔点聚乳酸(hPLLA)来调节聚乳酸的结晶形态,深入研究了晶体排斥效应程度对多壁碳纳米管(MWCNTs)分布以及相应导电性能的变化,制备了导电性能和热阻,以及机械性能得到明显提升的纳米复合材料。聚乳酸是一种很难结晶的脆性半结晶性高分子材料,研究表明,引入痕量高熔点的聚乳酸晶体即可显著提高聚乳酸的结晶速率和结晶度。并且其结晶度基本随高熔点聚乳酸的添加量保持恒定,这为研究单因素的结晶形态变化对MWCNTs分布提供了良好的契机,进而能够有效地考察导电性能与结晶形态之间的关系。聚乳酸的球晶尺寸大小随高熔点聚乳酸成核剂的添加量增加而较小,但是导电性却呈现先递增后递减的趋势,在中等球晶尺寸是表现的导电性最佳。通过流变和微观结构分析,我们从结构-性能的角度深入探讨了导电性能随晶体尺寸的变化,从碳纳米管排斥和晶片互锁的角度给出了清晰地原理模型。这为制备导电性能可调节的材料提供了良好的思路。(2)通过引入聚乳酸立构复合晶体调节PLLA/PCL/MWCNTs复合材料的相态,使得填充碳纳米管的PCL分散相发生相态反转,转变为连续相,形成导电网络,制备了少量高效的导电复合材料。研究了恒量碳纳米管添加量下,复合材料的导电性能随右旋聚乳酸添加量的影响,并从形态结构上分析了相态的演变过程。同时结果表明,通过在聚乳酸中引入20 wt%的右旋聚乳酸,PLLA/40PCL/MWCNTs复合材料的渗逾值由0.19 wt%降为0.025 wt%。最后,从结构-性能的角度出发,深入揭示了相态反转对导电网络形成的作用机理。(3)通过在聚乳酸中构建隔离结构的碳纳米管导电网络,降低复合材料的导电逾渗值。首先使用无定形的低粘度聚乳酸填充多壁碳纳米管,制成填充母料。然后控制加工温度远低于高熔点聚乳酸隔离颗粒的熔点,将粘流态的低粘度聚乳酸/多壁碳纳米管母料(lPLANTs)通过熔体涂覆的方式包裹于隔离颗粒表面,最后再通过模压成型构建隔离结构的多壁碳纳米管导电网络,制备了超低逾渗值的s-PLLA/lPLANT复合材料。同时,复合材料的玻璃化转变温度和PLLA的结晶度也得到提升,并兼具显著改善的机械性能。