传统的导电复合材料(CPCs)往往需要加入较多的导电填料才能获得令人满意的导电性能,而这会使CPCs的加工性能下降,限制了CPCs的应用。在CPCs中构建隔离结构能够显著的降低渗流阈值并提高导电性。这种以聚合物粒子和导电填料组成的隔离型导电复合材料(S-CPCs)在电磁屏蔽、传感器、半导体等领域展现了巨大的应用价值。目前,多种聚合物基体已被用于制备S-CPCs。然而,聚酰胺(PA)基隔离型复合材料的相关研究鲜有报道,这主要受限于传统方法制备的聚酰胺粉末粒径分布宽、形状无规则且工艺繁琐。因此,本文基于制备高性能聚酰胺基S-CPCs,首先利用己内酰胺(CL)/聚苯乙烯(PS)体系在阴离子原位聚合过程中出现的相反转现象制备了PA6微球,并探讨了不同因素对于相反转过程的影响。通过“机械共混-模压”法制备了石墨/聚酰胺和还原氧化石墨烯/聚酰胺复合材料,研究了不同加工参数(温度、压力)、填料种类、聚合物粒子尺寸和氧化石墨烯的还原程度对导电复合材料电性能和微观相形态的影响,期望实现制备具有优异电性能的隔离型聚酰胺导电复合材料。主要研究结果如下:(1)对原位PA6/PS合金的形貌研究发现,当PS含量很低时,体系发生相反转,由“PS分散相”转变为“PA6分散液滴相”,这是PS与PA6之间存在大的粘弹性差异、动力学不对称所致。基于相反转现象制备了一系列粒径单分散的PA6微米球。(2)加工条件对复合材料的微观相形貌和电性能有很大的影响。复合材料的强度随着模压温度的升高而增大,但电性能却显著下降。在低温下,聚合物粒子未完全熔融,界面相互作用较弱。而在高温下,导电填料迁移至聚合物基体内部,破坏了隔离结构。模压的压力越大使得复合材料的导电网络更加密实,导电性能有一定提升但不明显。此外压力的提高可以使界面处的孔洞数量减少。(3)干混法比溶液共混法制备的导电复合材料具有更低的渗流阈值,这是因为填料在干混过程中容易团聚,减小了填料之间的距离。在含量较少的情况下,有效导电通路的密度要高于溶液共混体系。(4)通过Hummers法制备了氧化石墨烯,FTIR、XRD表明GO已被成功氧化,AFM结果表明氧化石墨烯片层间厚度保持在1~1.2 nm左右。利用两种不同的还原方法对氧化石墨烯进行还原,XPS结果表明化学还原的程度要高于200℃下原位热还原。(5)原位热还原法制备的热还原氧化石墨烯(TRGO)/PA6复合材料渝渗值比化学还原法制备的化学还原氧化石墨烯(CRGO)/PA6复合材料低。一方面是由于氧化石墨烯在原位热还原过程中热分解,缩短了填料间的距离。另一方面,氧化石墨烯在化学还原过程中发生不可逆的团聚。在相同氧化石墨烯的含量下,CRGO/PA6复合材料拥有更好的导电性。这是氧化石墨烯的还原程度和热分解导致导电性能的差异。
