基于共凝聚PTFE/炭黑粒子制备的高性能材料的性能研究

• 作 者: 张识介
• 机 构: 华东理工大学
• 出 处: 华东理工大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 聚四氟乙烯乳液 炭黑 共凝聚 微孔膜 复合材料

本文首先利用共凝聚方法，将聚四氟乙烯(PTFE)乳液（固含量26％）和炭黑(CB)通过下压式机械搅拌使之凝聚，制备了CB均匀分散、且大小均匀的PTFE/CB粒子。考察了酸碱值pH对PTFE乳液稳定性的影响以及搅拌速度对共凝聚PTFE/CB粒子形貌的影响。结果显示，在pH值为8～9之间，PTFE乳液保持稳定，在搅拌速度为800～900 rpm的条件下，制备的PTFE/CB粒子中，PTFE初级粒子分布均匀，形貌清晰。　　然后以共凝聚的PTFE/CB粒子为原料，通过挤出、压延、拉伸、烧结等工艺，制备了CB填充PTFE微孔膜。为了使CB在PTFE基体中更好的分散，以及提高它们之间的相容性，在共凝聚前，用钛酸酯偶联剂NDZ-201对CB进行表面改性。结果表明，NDZ-201可以使CB均匀地分散在PTFE基体中，提高了两者的相容性和界面结合强度，使PTFE/CB微孔膜的色泽均匀，而且其拉伸强度、疏水性、玻璃化转变温度、储能模量和热稳定性都得到了相应的提高。此外，考察了拉伸倍率对PTFE/CB微孔膜各性能的影响，结果显示随着拉伸倍率的不断增大，PTFE/CB微孔膜的断裂伸长率和密度随之降低，孔隙率增大，但拉伸强度未发生显著的变化。　　最后，基于采用共凝聚法制备的PTFE/CB粒子的优良特性，选择了一种导电型CB，同时增加CB含量，使其与PTFE乳液共凝聚，然后以此为原料，通过冷压成型和高温烧结工艺制备了PTFE/CB复合材料。研究了烧结温度和CB填充量对PTFE/CB复合材料的力学性能、导电性能和结晶度的影响。实验结果表明，在烧结温度390℃时，PTFE/CB复合材料内部形成了均匀分布的微纤结构，材料的力学性能最好;当CB含量为2wt％时，复合材料的力学性能最佳，拉伸强度和断裂伸长率分别为27.3 MPa和525％。当CB含量增加至3wt％时，PTFE/CB复合材料结晶度最大，且CB在PTFE基体中形成了导电网络，电导率出现“逾渗”现象，复合材料达到了抗静电的效果。