具有隔离结构的高性能PVC/碳纳米复合材料的设计与制备

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首先,本课题采用直接热压RGO包覆PVC(RGO@PVC)颗粒制备了具有隔离结构的PVC/RGO纳米复合材料(s-PVCG)。与纯PVC和随机结构PVCG(r-PVCG)相比,s-PVCG的电导率(σ)、热导率(λ)、热稳定性和阻燃性能均有显著提高。s-PVCG的逾渗阈值(φc)低至0.012 vol%,当RGO含量为2.0 wt%时,s-PVCG的最大σ(σmax)达到10-2S·cm-1,当RGO含量为4.1 wt%时,s-PVCG的λ、最大热失重温度(Tmax)和极限氧指数(LOI)相对于纯PVC分别提高了75%、21oC和4。其次,为了改善PVC基复合材料的力学性能和加工工艺,本课题选用含有67 wt%丁二烯含量的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯高胶粉(ABS)作为体积排斥相和增韧相,构建了具有隔离填料网络结构和海岛相结构的PVC/ABS/CCB复合材料。ABS的体积排斥作用使得PVC/ABS/CCB复合材料的电导率和热导率随着ABS含量的增加而增加,ABS对于电导率和热导率提高的有效逾渗阈值分别为5~8 phr和8~20 phr。当CCB含量为5 phr时,PVC/ABS比为70/30的PVC/ABS/CCB复合材料的电导率(10-11S·cm-1)比PVC/CCB复合材料的电导率(10-15S·cm-1)提高4个数量级。当CCB含量为20 phr时,PVC/ABS比为70/30的PVC/ABS/CCB复合材料的热导率(0.121 W·m-1·K-1)比PVC/CCB复合材料的热导率(0.184W·m-1·K-1)提高了52%。在CCB含量为8 phr时,PVC/ABS比为70/30的PVC/ABS/CCB复合材料的缺口冲击强度(24.31 k J·m-2)分别比PVC(11.76 k J·m-2)和PVC/CCB复合材料(4.80 k J·m-2)提高了107%和406%。此外,当ABS含量低于20 wt%时,CCB的增强效果与聚丁二烯的增韧效果可以达到很好的匹配,此时PVC/ABS/CCB复合材料可以获得强而韧的力学性能。
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