碳黑/聚乳酸类导电复合材料的气敏性能研究

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本文主要通过溶液法制备了碳黑(CB)填充聚乳酸(PLA)基导电高分子复合材料(CPC),利用扫描电镜(SEM)观察了CB/PLA复合材料中CB粒子的分布状况,结果发现CB粒子均匀地分散到PLA基体中。CB含量为1.25vol%,CB/PLA试样发生导电“逾渗”,CB网络构建并在PLA基体中形成通路,CB/PLA导电复合材料的电阻率降低了10个数量级。通过熔融混合制备CB填充PLA与聚苯乙烯(PS)CPC。SEM图片观察CB/PLA/PS复合材料,发现CB粒子选择性的分散到PS相中。试样中PLA/PS的质量为50/50,PLA与PS相形成连续相。当CB含量为5wt%时,CB粒子在PS中形成逾渗,富集CB的PS相在共混物中形成连续相,CB/PLA/PS复合材料的电阻率降低了6~7个数量级,即,其试样发生了导电“逾渗”现象。  CB/PLA复合材料对乙酸乙酯、四氯化碳、甲醇、乙醇、二甲苯和正己烷气体的电阻响应行为。当试样接触有机气体,其电阻发生明显的变大。当试样放置空气干燥,其电阻逐渐恢复并接近初始的电阻值。暴露到有机气体中60秒,CB/PLA复合材料显示出不同的响应度,其中对二甲苯、乙酸乙酯、四氯化碳气体的响应度在102~104,对乙醇、甲醇、正己烷的响应,其试样电阻只增加了几倍。这表明CB/PLA复合材料对不同气体具有一种较高的辨别能力。我们研究了Flory-Huggins相互作用参数与气敏性能的关系。测试了CB/PLA复合材料暴露干燥循环的气敏性能。表明试样在循环中的电阻变化和试样中CB网络结构演变有关,CB/PLA试样有良好的气敏可逆性和再现性。  CB/PLA/PS试样对二氯甲烷、丙酮、乙酸乙酯和环己烷气体的响应行为是不同的。利用高分子和溶剂的溶解度参数来研究CB/PLA/PS的气敏行为,即,两者的溶解度参数相近,则试样在这种有机气体中的响应度就大。因为测试温度影响溶剂溶解度参数和高分子链的活动能力。测试温度升高,溶剂挥发速率加快,有机气体浓度升高,试样对气体分子吸附量增大,特别是良溶剂(二氯甲烷)反映的很明显。随着测试温度升高,试样对二氯甲烷的最大响应度将变大。响应速率加快,响应时间较短。测试温度对试样气敏性有较大的影响。多次循环后,溶剂使PLA、PS相界面变的不明显,体系中CB网络变的较稳定。CB/PLA/PS复合材料的响应行为具有可重复性和稳定性。因此,CB/PLA复合材料和CB/PLA/PS复合材料都可以成为CPC类气敏传感材料的候选者。
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