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导电高分子复合材料(Conductive polymer composites,CPCs)是将一种或者几种导电填料加入到高分子聚合物基体中复合制备而成的具有导电功能的高分子复合材料。CPCs材料具有制备成本低、易于成型和性能易于调控等优点,这使其在抗静电材料、电磁屏蔽材料以及环境监测等领域受到广泛应用。然而,利用传统加工方法制备而成的导电高分子复合材料需要加入较高含量导电填料才能够实现由绝缘区向导电逾渗区的转变,而高含量导电填料将会严重损坏CPCs材料加工性能和力学性能,使得CPCs材料的应用受到限制。随着科技的进步以及加工工艺的不断革新,研究者们已经获得了制备超低逾渗值导电复合材料的方法,但是该类方法往往具有较低的生产效率,这使得材料的工业化生产面临挑战。因此,探索制备 CPCs材料加工新方法,并在保证其具备良好的导电性能的基础上,提高生产效率,降低其逾渗值,从而使得复合材料具有良好的加工性能和力学性能是近年来CPCs材料理论和应用研究的重点。 在本论文中,我们利用机械混合法将碳纳米你管(Carbon nanotubes,CNTs)与聚丙烯(Polypropylene,PP)或者高密度聚乙烯(High density polyethylene,HDPE)和超高分子量聚乙烯(Ultra high molecular weight polyethylene,UHMWPE)混合得到复合粉料,然后利用柱塞式注射成型技术成功制备出CNTs/HDPE/UHMWPE和CNTs/PP/UHMWPE CPCs材料。机械混合使 CNTs导电粒子选择性分布在PP(或HDPE)和UHMWPE基体的界面处,我们获得了具有隔离结构的CNTs/聚合物复合材料,这极大降低了CPCs的导电逾渗值。我们利用注射成型技术大大缩短 CPCs材料制备周期,最终使得工业化生产成为可能。利用偏光显微镜(OM)、扫描电子显微镜(FESEM)以及透射电镜(TEM)探究和分析了导电复合材料的微观结构与形貌,同时研究了不同粘度的高分子基体材料对复合材料逾渗行为和加工性能的影响。结果表明,对于注射成型的隔离导电高分子复合材料,随着高分子基体粘度的提高,CPCs的逾渗值逐渐降低,电学性能逐渐变好,但是,复合材料的加工性能却随之变差。所以,复合材料的基体粘度存在一个最佳值,该粘度下 CPCs材料可同时表现优异的电性能和加工性能。 导电高分子复合材料在受到外场刺激时表现出特殊的电阻-外场响应特性吸引了越来越多研究者的关注。在本课题中,我们分别探究了导电高分子复合材料在应力场和温度场作用下的外场响应行为及其机理。研究了不同拉伸速率下CPCs材料的电阻-应变响应行为,探索了多次循环拉伸过程中CPCs材料的力学性能和电学性能的内在关系。研究了多次升降温的循环过程中注射成型隔离结构CPCs的温度-电阻响应行为,经过综合对比,深入分析了CPCs材料温度-电阻响应行为及拉伸-电阻应变响应响应机制。