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由于热塑性塑料在环氧齐聚物中具有良好的溶解性能,随着环氧树脂固化反应的进行,体系发生固化反应诱导的相分离过程,对改性体系的相结构研究表明,体系会形成“双连续相”结构,并且在一定条件下可以发生“相反转”的现象;由于反转相结构是由少量的热塑性塑料构成网状连续相而组成的,而体系的力学性能及热电性能往往以连续相为主,因此这种结构有利于体系性能的大幅度提高。由于共混性质的不同,多相体系的结构可提供导电填料不均匀分布机会,导电填料在多相体系中某一区域聚集而形成导电网络,有利于提高基体导电性,同时降低导电粒子浓度及逾渗阀值。因此,本文利用简单的溶液共混法首次探索了聚碳酸酯(PC)在环氧树脂(EP)/炭黑(CB)基体中的分散性及其复合材料的电学性能,研究发现PC并不能在EP/CB基体中形成有效的逾渗导电网络结构,但这为下一步的研究奠定了基础。于是,再次利用简单的溶液共混法探索新型环氧树脂(EP)/聚醚酰亚胺(PEI)/炭黑(CB)及环氧树脂(EP)/聚醚酰亚胺(PEI)/碳纳米管(CNT)三元导电复合材料的制备工艺,研究了不兼容两相EP和PEI及CB/CNT形成的复合材料的微观结构及其电性能,分析CB/CNT含量、PEI含量对复合材料体系的导电及介电性能的影响,同时采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、差热扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)、数字超高电阻微电流测量仪等研究了复合材料的相结构、炭黑的选择分散性、复合材料的玻璃化转变温度及导电性能。研究结果如下: 1.通过理论计算炭黑的预期分布与SEM分析表明,在EP/PC基体树脂中,炭黑分布于亲和力大、界面张力较小的聚碳酸酯相中,形成清晰的导电网络,有利于其电性能的提高;在相同CB含量情况下,三元复合材料EP/ PC(20)/CB的体积电阻率要明显低于二元EP/CB复合材料;就介电性能来说,前者也要优于后者。 2.通过计算预测,CB粒子在EP/PEI树脂基体中优先选择分布于对CB粒子亲和力较大的PEI中。经过SEM、OM物相分析,进一步论证了EP/PEI/CB复合材料具有双逾渗结构;CB在EP/PEI/CB复合材料的逾渗阀值为0.5wt％,此时复合材料的体积电阻率<104Ω·cm;PVP改性后的CB粒子在丙酮中分散性和稳定性最好并且失重率12.16%;PVP改性后的CB粒子主要被EP所包裹,EP/PEI/PVP-CB复合材料内部没有形成有效的导电网络,其体积电阻率一直处于较高数量级水平;在低频时, CB含量同为1wt%情况下, EP/PEI/CB复合材料对应的相对介电常数比EP/PEI/PVP-CB复合材料高出2个数量级。DSC分析表明,CB/PVP-CB填充导电复合材料玻璃化转变温度(Tg)较EP/PEI而言都有所提高,其中EP/PEI/PVP-CB复合材料的Tg提高最大,EP/PEI(25)/PVP-CB较EP/PEI(25)/CB提高1.7℃。 3.扫描电镜,光学显微镜,电性能,DSC,TG分析表明,当PEI含量为25wt%时,两种碳纳米管对应的复合材料都能形成相反转结构,原始 CNT主要分布于 PEI相中,而PVP-CNT分布于EP相中;PVP-CNT粒子在丙酮中分散性和稳定性最好并且失重率10.27%;CNT在EP/PEI/CNT复合材料的逾渗阀值为0.5wt%,此时复合材料的体积电阻率<104Ω·cm,PVP改性后的EP/PEI/PVP-CNT复合材料体积电阻率一直处于较高数量级水平,为1011Ω·cm;与EP/PEI/PVP-CNT相比,EP/PEI/CNT复合材料具有更高的相对介电常数,约高出一倍;然而,PVP改性过的CNT复合材料有更高的玻璃化转变温度,其中EP/PEI/PVP-CNT较EP/PEI/CNT提高了18.3℃。