导电聚合物微层共挤装置的研制

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导电聚合物材料是一类新型的功能复合材料,它既具有金属材料的导电性,又具备高分子材料的特性,具有易于加工成型、柔性好、质量轻、强度高、成本低等优点,目前正被广泛应用于电子电器、光学、生命科学、军事、航空航天、能源等各个领域。日渐扩大的市场需求促使导电聚合物材料的制备技术得到了较快的进步与发展,其中,微层共挤法的应用与发展近几十年来备导电聚合物行业的关注,它可通过层倍增系统将两种(或两种以上)不同聚合物复合成交替层叠材料,层数可以达到成百上千层。本文主要研制了一种新型微层共挤装置,并在此基础上进行了导电聚合物材料的制备和性能研究,主要内容如下1、综述了国内外导电聚合物材料的发展和应用,对其分类与导电机理进行了较详细的介绍,并总结了导电聚合物材料的各种制备方法,重点介绍了微层共挤技术的应用与发展;2、基于自主设计加工的汇流复合单元、层叠单元、片材口模和管机头,研制了片材和管材微层共挤装置,其中,层叠单元是该装置实现熔体微分层叠的核心部分,通过模拟研究总结了各结构尺寸对其流道压力的影响规律,为层叠单元的结构优化设计提供了参考。研制的微层共挤装置经试机时其最大夺力控制在设计要求范围内,有效解决了在其他研究中出现的因串联层叠单元数过多、压力过大而引起的漏料问题。3、利用所设计的片材微层共挤装置,对PS/CB和PS两种聚合物进行微层共挤,获得了具有交替层叠结构的导电聚合物片材,该方法获得的材料因具有双逾渗结构其逾渗值比普通共混导电聚合物材料大幅降低。进一步研究发现,层数的过分增多将使材料的导电网络因受过强的剪切作用而被破坏,从而对导电性造成负面影响。实验结果还发现,采用微层共挤法获得的PS绝缘层和PS/CB导电层交替分布的层叠材料其韧性比普通共混导电聚合物有显著提高,这是因为层叠材料相邻层存在层间压力,在受到拉伸作用力时相邻层不易被剥离,从而使韧性增大。这将有望解决填充型导电聚合物导电性能增加而韧性变差的问题。4、本文利用粒子示踪分析法模拟得到各因素对层叠单元流道边界处熔体扭转效果的影响规律,为层叠单元流道的优化设计提供了参考;通过Moldex3D模拟证明层叠单元对纤维流动具有取向作用;通过模拟对管机头流道结构进行了优化。此外,还提出了一种新结构的层叠单元流道。
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