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导电聚丙烯纤维的制备与性能研究

作　者: 丁长坤
导　师: 程博闻
学　校: 天津工业大学
专　业: 材料学
关键词: 聚丙烯导电纤维纳米SnO2 性能
分类号: TQ342.83
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

采用浅色纳米氧化锡（掺锑）为导电组分,以钛酸酯偶联剂对其进行表面亲有机化改性处理,以低分子蜡为分散剂,另外填加少量抗氧剂,用双螺杆挤出机制得导电聚丙烯母粒,利用熔融纺丝工艺,纺制出一种新型导电聚丙烯纤维,并对纤维进行了拉伸和热定型等后处理。通过正交实验,用沉降体积法表征粉体表面改性效果,对影响粉体表面改性效果的各因素进行了分析,可知偶联剂用量影响最大。通过对两种改性方法的对比分析可知,超声波分散法的改性效果比较好。研究表明,偶联剂的使用大大增加了无机粉体与高聚物的相容性,促进了粉体在高聚物中的分散;聚乙烯蜡分散剂单独使用分散效果较差,其与偶联剂配合使用的效果好于其单独使用的效果;分子量为4000的分散剂分散效果比较好,用量为3%比较合适。干法处理中,偶联剂用量为2%～3%左右,造粒温度选择230℃上下比较合适,二次造粒工艺效果不好。研究发现,纳米SnO₂的加入使聚丙烯的结晶温度提高,结晶度有所增大,形成多重、完善程度不同的结晶结构;聚丙烯在加入纳米SnO₂前后晶型没有发生变化,都是标准的α晶型。研究表明,纤维中掺混20%的导电粉是比较合适的量,体积比电阻达到10⁶Ω·cm,较纯聚丙烯纤维下降了9个数量级,导电性能优良;纤维经过拉伸之后,体积比电阻值略有下降,随着拉伸倍数的增加,断裂强度增加:当拉伸6倍时,大部分纤维的断裂强度基本上都能达到3.0 CN/dtex左右,拉伸温度在110℃上下是比较合适。另外,本研究还采用FTIR、TEM、SEM和DSC对导电粉体的表面状态,粉体在母粒中的分散状态以及纤维导电性能和力学性能进行了分析研究,对纤维的沸水收缩率和耐酸碱性能进行了分析。

全文目录

第一章前言  12-25
  1.1 导电纤维的发展概况  12-22
    1.1.1 导电纤维的分类和制造方法  12-15
      1.1.1.1 金属系导电纤维  12-13
      1.1.1.2 碳黑系导电纤维  13
      1.1.1.3 导电高分子型纤维  13-14
      1.1.1.4 金属化合物型导电纤维  14-15
    1.1.2 导电纤维的研究进展  15-18
    1.1.3 导电纤维的用途及市场前景  18-22
  1.2 导电粉体的发展现状及应用  22-23
  1.3 本课题的研究内容与意义  23-25
第二章理论基础  25-32
  2.1 静电的产生  25
  2.2 摩擦起电机理  25-27
    2.2.1 偶电层理论  25-27
    2.2.2 量子力学理论  27
  2.3 纤维的静电积聚过程  27-28
  2.4 导电纤维的导电机理  28-32
    2.4.1 导电纤维接地  28-29
    2.4.2 导电纤维不接地  29
    2.4.3 几种导电理论模型  29-32
第三章纳米氧化锡的表面改性处理  32-42
  3.1 实验仪器和原料  33-34
  3.2 纳米 SnO_2的表面改性实验  34-35
  3.3 纳米粉体表面特性的测试  35
    3.3.1 沉降体积法表征粉体表面改性效果  35
    3.3.2 粉体改性前后表面红外分析  35
    3.3.3 粉体改性前后 TEM观察  35
  3.4 结果与讨论  35-41
    3.4.1 改性剂的选择与改性基本原理  35-36
    3.4.2 改性条件对改性效果的影响  36-37
    3.4.3 偶联剂用量的影响分析  37-38
    3.4.4 SnO_2粉体表面改性红外谱图分析  38-39
    3.4.5 超声波分散的改性效果  39-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章导电聚丙烯母粒的制备及性能研究  42-62
  4.1 实验仪器和原料  42-43
  4.2 粉体处理与导电聚丙烯母粒的制备  43-44
    4.2.1 粉体表面处理(干法)  43
    4.2.2 母粒制备  43-44
  4.3 导电聚丙烯母粒的性能测试  44-45
    4.3.1 导电聚丙烯母粒的形貌  44
    4.3.2 导电聚丙烯母粒的流变性能测试  44
    4.3.3 导电聚丙烯母粒的热性能测试  44-45
    4.3.4 导电聚丙烯母粒的 X-射线衍射测试  45
  4.4 结果与讨论  45-61
    4.4.1 纳米 SnO_2在聚丙烯母粒中分散状况分析  45-54
      4.4.1.1 偶联剂与分散剂的加入对分散性的影响  47-48
      4.4.1.2 分散剂分子量对分散性的影响  48-49
      4.4.1.3 不同分散剂对分散性的影响  49-50
      4.4.1.4 偶联剂用量对分散性的影响  50-51
      4.4.1.5 分散剂用量对分散性的影响  51-52
      4.4.1.6 导电粉不同处理方法对分散性的影响  52
      4.4.1.7 不同造粒工艺对分散性的影响  52-53
      4.4.1.8 二次造粒对分散性的影响  53-54
    4.4.2 共混体系流变性能研究  54-57
      4.4.2.1 剪切应力与剪切速率的关系  54-55
      4.4.2.2 表观粘度与剪切速率的关系  55-57
    4.4.3 导电聚丙烯母粒的热性能分析  57-59
    4.4.4 导电聚丙烯母粒的结晶特性  59-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章导电聚丙烯纤维的制备与性能研究  62-76
  5.1 实验仪器和原料  62
  5.2 导电聚丙烯纤维的纺制  62-63
  5.3 纤维的后处理及性能测试  63-64
    5.3.1 导电纤维的拉伸  63
    5.3.2 导电纤维的热定型处理  63
    5.3.3 导电纤维沸水收缩率的测定  63
    5.3.4 导电纤维耐酸碱性能的测试  63
    5.3.5 纤维导电性能的测试  63
    5.3.6 纤维力学性能的测试  63-64
    5.3.7 纤维热性能的测试  64
    5.3.8 纤维结晶性能的测试  64
  5.4 结果与讨论  64-74
    5.4.1 纤维导电性能的影响因素  64-68
      5.4.1.1 导电粉含量对纤维导电性能的影响  64-66
      5.4.1.2 偶联剂用量对纤维导电性能的影响  66-67
      5.4.1.3 导电粉不同处理方法对纤维导电性能的影响  67
      5.4.1.4 分散剂对纤维导电性能的影响  67
      5.4.1.5 造粒温度对纤维导电性能的影响  67-68
      5.4.1.6 后拉伸工艺对纤维导电性能的影响  68
    5.4.2 纤维力学性能的影响因素  68-72
      5.4.2.1 拉伸倍数对纤维力学性能的影响  68-71
      5.4.2.2 拉伸温度对纤维力学性能的影响  71-72
      5.4.2.3 纤维的耐酸碱性能  72
    5.4.3 纤维的 X-射线广角衍射分析  72-74
    5.4.4 纤维的沸水收缩率  74
  5.5 本章小结  74-76
第六章全文结论  76-78
参考文献  78-80
致谢  80-81
攻读硕士学位期间发表论文及参加科研情况  81

导电聚丙烯纤维的制备与性能研究

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