Page 111 - 《精细化工》2023年第3期

第 3 期 郑 玲，等: 3D 打印炭黑/水性聚氨酯导电复合材料的制备及性能 ·567·

–1
–1
WPU。导电复合材料的配比如表 1 所示。 1620 cm 处出现 C==C 的伸缩振动峰，1120 cm 处
峰由 C—O 的伸缩振动产生。与 CB 相比，KH550/CB
表 1 导电复合材料的原料配比 在 2900 cm 处—CH 2 —键的伸缩振动峰强度增强。
–1
Table 1 Proportion of raw materials of conductive composites
CB 表面有极性基团醇羟基，电子会被这些极性基团
填料含量/% 0 0.5 1 2 3
捕获，从而影响其导电性。经过 KH550 改性后的
CB/g 0 0.4 0.8 1.6 2.4
CB 在 3400 cm –1 附近出现很强的吸收峰，这是由
KH550/CB/g 0 0.4 0.8 1.6 2.4
KH550 中的—NH 2 所致。这也证明 KH550 已键合在
WPU/g 80 80 80 80 80
CB 表面。在改性过程中，由 C—O 至 Si—O 的转变

–1
1.2.3 WPU 基复合材料 3D 打印墨水的制备 使 1120 cm 处吸收峰强度减弱，KH550 中的乙氧
将含量为 3%的 KH550/CB 与 WPU（80 g）进 基水解后与 CB 表面的羟基反应，形成了氢键并缩
行混合，在真空环境下搅拌反应 4 h 后，超声去除 合成—SiO—R 共价键(R 为 CB 颗粒表面)。通过对
气泡，并在烘箱中 50 ℃固化 3 h 至黏稠状，随后加 改性前后 CB 的 FTIR 图的对比分析证明，CB 改性
入 4 g 聚氨酯增稠剂，通过机械搅拌将其混合均匀， 成功。

装入料筒，即为 3D 打印墨水。
1.3 性能测试
1.3.1 FTIR 测试
通过溴化钾压片法对改性前后的 CB 进行化学
基团测定，根据红外光谱吸收峰的位置和强度判断
是否改性成功。
1.3.2 DLS 粒度测试
将改性前后的 CB 超声分散于无水乙醇中，采
用马尔文激光粒度仪测试改性前后 CB 粒子的粒

径分布情况。
图 1 CB 和 KH550/CB 的 FTIR 谱图
1.3.3 SEM 测试
Fig. 1 FTIR spectra of CB and KH550/CB
采用扫描电子显微镜观察改性后的 CB 与 WPU
复合得到的复合材料的断裂面微观结构。 图 2 是改性前后 CB 的粒径分布图。如图 2 所
1.3.4 热重分析（TG） 示，未改性的 CB 粒径分布在 300~2000 nm 之间，
在 N 2 氛围下，以 10 ℃/min 的速率将样品从 粒径分布不均，主要原因是未改性 CB 在无水乙醇
25 ℃升温至 700 ℃，考察改性前后 CB 对 WPU 复 中出现团聚。而经过 KH550 改性后的 CB 粒径较未
合材料热稳定性的影响。 改性的 CB 变小，粒径分布在 400~900 nm 之间，平
1.3.5 力学性能测试 均粒径为 620 nm。这是由于 KH550 为亲水试剂，
所有试样均按照 GB/T 1040.3—2006 测试，拉 通过氨基改善了 CB 的亲水性，提高了改性 CB 的
伸速率 100 mm/min。 水溶性，有利于 CB 粒子的分散。粒径结果表明，
1.3.6 电性能测试 KH550 成功键合在 CB 表面，其亲水性和分散性都
将试样加工成直径为 50 mm 的圆盘形状，在测 得到了提高。
量电极圆面（通过数字高阻计测得）范围内测量试
样厚度，准确至 0.01 mm，测量 3 次取平均值。由
式（1）计算体积电阻率( ρυ ，Ω·cm)。
ρυ  R  v A e / l （1）
2
式中：R v —电阻值，Ω；A e —电极的面积，cm ；l
—材料试样的厚度，cm。

2 结果与讨论

2.1 改性前后 CB 的结构分析

图 1 是改性前后 CB 的红外谱图。如图 1 所示， 图 2 CB 与 KH550/CB 的粒径分布
CB 在 3300 cm –1 附近出现—OH 的伸缩振动峰， Fig. 2 Particle size distribution of CB and KH550/CB