Page 112 - 《精细化工》2023年第3期
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·568·                             精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 40 卷

                 图 3 是改性前后 CB 的 SEM 图。从图 3a、b 可
            以看出，未改性 CB 为聚集体状态，且聚集体分布
            杂乱无序，形状不一。聚集体的团聚形态不均匀，
            粒子间的间隔也不相同           [24] 。而从图 3c、d 可以看到，
            与未改性 CB 相比，经过 KH550 改性后的 CB 有很
            大的形貌差异，改性后的 CB 大部分为分散均匀的
            单个粒子，排列规整，团聚较少，分散性较好。



                                                               图 4   不同 CB 含量和不同 KH550/CB 含量下制得复合材
                                                                    料 CB/WPU 和 KH550/CB/WPU 的拉伸强度
                                                               Fig. 4    Tensile strength of CB/WPU and KH550/CB/WPU
                                                                     composites with different CB content and KH550/CB
                                                                     content

                                                                   CB/WPU 和 KH550/CB/WPU 的导电性如表 2
                                                               所示。从表 2 可以看到，纯 WPU 的电导率为
                                                               4.78×10 –10  S/m，为绝缘体状态。当 CB 与 KH550/CB
                                                               含量为 0.5%时，CB 0.5 /WPU 和 KH550/CB 0.5 /WPU 复
                                                                                                      –9
                                                                                           –8
                                                               合材料的电导率分别为 6.49×10   和 2.79×10  S/m。
                                                               分析认为，当填料过少时基体内没有形成导电通路，

              图 3  CB（a、b）与 KH550/CB（c、d）的 SEM 图               导电网络尚未构建，因此电导率较小。当 CB 与
              Fig. 3    SEM images of CB (a, b) and KH550/CB (c, d)   KH550/CB 含量达到 1%时，CB 1 /WPU 的电导率上
                                                                                        –6
            2.2   CB/WPU 与 KH550/CB/WPU 导电复合材料的                升了两个数量级，为 7.19×10  S/m，而 KH550/CB 1 /
                                                                                     –5
                 性能分析                                          WPU 的电导率是 1.51×10 S/m，与 KH550/CB 含量
                 图 4 是不同 CB 含量和不同 KH550/CB 含量下                 为 0.5%时的电导率相比提高了 4 个数量级，改性后
            制得复合材料 CB/WPU 和 KH550/CB/WPU 的拉伸                   的 CB 可以更好地分散在树脂中，因此填料含量相
            强度。如图 4 所示，CB 填料的加入大大提高了 WPU                       同的情况下，KH550/CB/WPU 复合材料的电导率比
            的拉伸强度，这是由于 CB 自身的机械性能会随着                           CB/WPU 的更大，表现出了更好的导电性。当 CB
            其在聚合物基体中的分散赋予 WPU 基体，改善                            与 KH550/CB 含量为 3%时，KH550/CB 3 /WPU 复合
                                                                                                   –3
            WPU 机械性能。KH550/CB/WPU 复合材料的拉伸                      材料的导电性最好，电导率为 1.79×10  S/m，较
            性能明 显优 于 CB/WPU 复合材 料，当 CB 与                       CB 3 /WPU 复合材料增加了 14 倍。从表 2 还可以看
            KH550/CB 含量均为 2%时，KH550/CB 2 /WPU 复合               到，体积电阻率随着填料含量的增加呈逐渐减小的
            材料的力学性能最好，拉伸强度为 1.87 MPa，较                         趋势。体积电阻率越小，导电粒子之间连接紧密，
            CB 2 /WPU 复合材料提高了 175%。这一方面是由于                     其导 电性 越 好。当 KH550/CB 含量为 3%时，
            经过 KH550 改性后的 CB 与 WPU 的相容性极大提                     KH550/CB 3 /WPU 电阻率最小，为 5.59×102  Ω·m。
            高，CB 在 WPU 基体中分散得更为均匀，因此复合                         从整体上来看，两种复合材料的电导率都呈上升趋
            材料能够更好地综合树脂与填料的优点，获得更佳                             势，且 KH550/CB/WPU 的导电性能始终比 CB/WPU
            的力学性能。另一方面是由于 CB 可以作为增强体                           好，这也说明 KH550 既能通过反应减少 CB 表面的
            来提高 WPU 的力学性能，其表面可以与高分子链                           极性基团，使其利于分散，KH550 中未参与反应的
            产生交联，为基体提供机械性能，因此填料的加入                             丙氨基与 WPU 复合时又能与高分子基体有效结合，
            会提高树脂的拉伸强度。当 KH550/CB 含量为 3%                       从而让 CB 与 WPU 具有良好的相容性与分散性，并
            时，复合材料拉伸强度出现下降趋势，这是因为当                             使 WPU 具有良好的导电能力。当 KH550/CB 含量
            填料的含量过大时，会出现团聚体导致应力集中，                             从 0.5%增加到 2%时，复合材料的电导率从 2.79×
                                                                 –9
                                                                                    –4
            进而影响力学性能，并且填料在基体中占据的空间                             10  S/m 升高到 7.29×10 S/m，提高了 5 个数量级，
            增大，与 WPU 基体的界面结合能力下降                  [25] ，最终     表明此时复合材料内部导电网络已形成，复合材料
            导致复合材料的拉伸性能下降。                                     实现了从绝缘体到半导体的转变。这是由于随着
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