PVC是世界五大通用树脂之一,其加工产品广泛应用于化工生产、家电装修、电子设备以及各种外包装产品。PVC原料价格低廉,易于加工,具有耐酸碱、阻燃等优点,但是由于其绝缘性能,限制了其生产和应用。如果能够提高PVC产品的导电性能,使其能够具有导体的导电性能,将其用于替代贵重金属应用在集成电路、机电外壳以及航天航空领域,这将大大提升其经济价值和发展前景。本课题拟采用经偶联剂改性后的石墨与PVC作为主要原料,采用机械球磨的方法将其混合均匀,再利用平板硫化机热压成型,制备石墨系PVC基体导电复合材料,通过测试复合材料电阻率来研究其导电性能。实验分别制备了 PVC/石墨两相导电复合材料、PVC/石墨/多壁碳纳米管三相导电复合材料和PVC/石墨/木薯渣三相导电复合材料,主要研究内容如下:(1)分别选择硅烷、钛酸酯、铝酸酯等不同的偶联剂将石墨进行预处理,然后将预处理过后的石墨与PVC置于球磨机中,在一定的球磨转速、球磨时间和球磨温度下得到PVC、石墨的混合粉末,利用平板硫化机将混合粉末在一定温度和压力下热压成型,考察球磨转速、时间以及偶联剂的用量对复合材料导电性能的影响。通过单因素实验和正交工艺优化,确定了PVC/石墨两相导电复合材料的最佳工艺,结果表明:在球磨时间为60min、球磨转速为150rmin-1、硅烷偶联剂的最佳用量为石墨的2%、钛酸酯偶联剂的最佳用量为石墨的1%、铝酸酯偶联剂的最佳用量为石墨的3%及在平板硫化机热压温度为165℃,热压15min后再冷压1Omin条件下制备的PVC/石墨导电复合材料,其导电渗滤阀值在4-6%之间,当石墨含量从4%增加到6%时,复合材料电阻率从1.075×106Ω·cm降低到20.138Ω·cm,导电性能提升了5个数量级。(2)通过导热系数仪来测试复合材料的导热率,得到的结果为:复合材料导热性能与石墨含量程正相关的关系,当石墨含量达到20%时,复合材料的导热率可达0.715 w·m-1·k-1,是纯PVC材料导热率0.14 w.m-1.k-1的5倍多。说明PVC/石墨导电复合材料除了具有良好的导电性能外,还具有一定的导热性能。(3)复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别在石墨含量为4%和6%时达到最大值45.81MPa和40.04MPa。(4)实验添了多壁碳纳米管(MWCNTs)来制备PVC/石墨/MWCNTs三相导电复合材料,利用石墨和MWCNTs的协同作用在保证复合材料力学性能的同时提高导电性能。结果显示石墨含量为4%,MWCNTs添加量为1%时效果最佳。当石墨含量为4%时,添加1%的MWCNTs就可以使复合材料的电阻率从1.075×106Ω·cm降低到4.99Ω-cm,此时制备的导电复合材料导热率为0.501 w·m-1·k-1,拉伸强度和弯曲强度分别为49.39Mpa和 38.38Mpa。(5)将木薯渣添加到PVC/石墨导电复合材料中制备成三相木塑导电复合材料。结果表明:木薯渣含量在15%以下时对复合材料的导电性能影响不大,当木薯渣添加量达到15%时,复合材料的导电渗滤阀值增加到6-8%之间,电阻率从2.418×107Ω.cm降低到40.283Ω·cm。并且木薯渣中大量纤维的存在可以有效地提高复合材料的力学性能,当木薯渣含量为15%时,复合材料的拉伸强度和弯曲强度最大可达50.13MPa和47.76MPa,比未添加木薯渣时的最大值45.81MPa和40.04MPa分别提升了9.4%和 19.3%。(6)由热重分析可知,纯PVC材料的热分解温度为287.61℃,通过机械球磨法制备的石墨系PVC基导电复合材料,其热分解温度最高可达到306.71℃,比纯PVC材料提高了 19℃。添加石墨后制备的导电复合材料软化点最高可达86.45℃,比纯PVC材料的82.81℃提高了近4℃。这表明,采用机械球磨法制备PVC/石墨系列导电复合材料,可以有效的提升材料的耐热性能。(7)SEM扫描电镜结果表明,机械球磨可以将片层状石墨剥离开,增大其比表面积和径厚比,从而有利于提高复合材料的导电性能。此外,机械球磨可使石墨高度分散在PVC基体中,彼此间相互包裹缠绕,形成更多有效地导电通路。