导电金属纤维在塑料中的应用PPT讲稿.ppt

导电金属纤维在塑料中的应用第1页，共26页，编辑于2022年，星期日天津工业大学简介天津工业大学简介 天津工业大学是教育部与天津天津工业大学是教育部与天津市共建、天津市重点建设的全日制市共建、天津市重点建设的全日制普通高等学校。普通高等学校。学校目前总占地面积学校目前总占地面积230.8102230.8102万平方米，总建筑面积万平方米，总建筑面积97.052797.0527万平方米。万平方米。第2页，共26页，编辑于2022年，星期日一级学科博士点：一级学科博士点：2 2个个二级学科博士点：二级学科博士点：1414个个一级学科硕士点：一级学科硕士点：1717个个二级学科硕士点：二级学科硕士点：7171个个专业硕士：专业硕士：4 4个个工程硕士授予领域：工程硕士授予领域：1515个个本科专业：本科专业：4949个个高职专业：高职专业：5 5个个博士后流动站：博士后流动站：2 2个个学校现有学校现有第3页，共26页，编辑于2022年，星期日国家重点学科：国家重点学科：1 1个个天津市天津市“重中之重重中之重”学科：学科：3 3个个天津市重点学科：天津市重点学科：8 8个个天津市重点发展学科：天津市重点发展学科：1 1个个国家级特色专业：国家级特色专业：6 6个个省部共建国家重点实验室培育基地：省部共建国家重点实验室培育基地：1 1个个教育部重点实验室：教育部重点实验室：2 2个个天津市重点实验室：天津市重点实验室：4 4个个教育部工程研究中心：教育部工程研究中心：2 2个个天津市工程技术中心：天津市工程技术中心：3 3个个天津市技术推广中心：天津市技术推广中心：1 1个个第4页，共26页，编辑于2022年，星期日 学校现有专任教师学校现有专任教师15001500余人，其中具有高级职余人，其中具有高级职称人员称人员700700余人，特聘两院院士和国外兼职教授余人，特聘两院院士和国外兼职教授5050余人余人 。学校产学研结合走出特色之路。形成了以纺织学校产学研结合走出特色之路。形成了以纺织复合材料复合材料、中空纤维膜分离技术、中空纤维膜分离技术、特种功能纤维材料、特种功能纤维材料、纺织油剂助剂、半导体照明与材料、机电设备集成制造纺织油剂助剂、半导体照明与材料、机电设备集成制造等研究为特色的科研优势，多项科研成果被成功应用于等研究为特色的科研优势，多项科研成果被成功应用于节能环保、新材料等国家战略性新兴产业和国防高科技节能环保、新材料等国家战略性新兴产业和国防高科技产业。产业。科研特色科研特色第5页，共26页，编辑于2022年，星期日团队名称团队名称带头人带头人研究内容纤维新材料肖长发、徐乃库吸油纤维、UHMWPE纤维改性、压力响应性PU中空纤维膜、PVDF中空膜等高技术纤维张兴祥 熔纺PAN纤维、调温蓄热纤维等新型纤维材料与产品开发程博闻、丁长坤导电纤维、生物源纤维、阻燃纤维、相变纤维、功能非织造布等生物与纺织材料安树林芳香纤维、药物缓释纤维等生物源纤维尹翠玉、宋俊新溶剂法纤维素纤维制备技术、聚酯纤维改性高性能复合膜及其应用研究张宇峰、陈英波PE基人工肺用中空纤维膜、纤维素纤维新溶剂法、储能纤维等科研团队科研团队第6页，共26页，编辑于2022年，星期日20092009年度国家科技进步年度国家科技进步二等奖二等奖复合型导电纤维系列产品研制与应用开发复合型导电纤维系列产品研制与应用开发获奖人：程博闻,施楣梧,李杰,黄庆,丁长坤丁长坤,盛平厚,肖长发,杨春喜,金欣,崔宁中国纺织科学研究院中国纺织科学研究院天津工业大学天津工业大学总后勤部军需装备研究所总后勤部军需装备研究所第7页，共26页，编辑于2022年，星期日直线位移传感器位移传感器抗静电中空板笔记本电脑手机壳电位器导电镊子第8页，共26页，编辑于2022年，星期日良好的导电性、导热性良好的导电性、导热性柔韧性和耐蚀性柔韧性和耐蚀性大长径比和接触面积大长径比和接触面积易形成导电网络易形成导电网络导电塑料的导电塑料的导电率高导电率高电磁波屏蔽材料：电磁波屏蔽材料：10-3-100cm金属纤维特性金属纤维特性第9页，共26页，编辑于2022年，星期日拉拔法拉拔法金属纤维表面光滑，尺寸精确。但工序复杂，生金属纤维表面光滑，尺寸精确。但工序复杂，生产周期长，价格昂贵。产周期长，价格昂贵。切削法切削法以固态金属为原料，用刀具将其切削成纤维屑。以固态金属为原料，用刀具将其切削成纤维屑。方法简单，生产周期短，成本较低。但纤维截面不易方法简单，生产周期短，成本较低。但纤维截面不易均匀、光滑。均匀、光滑。熔抽法熔抽法从液态金属直接生产金属纤维。成本较低，需专门从液态金属直接生产金属纤维。成本较低，需专门设备。设备。金属纤维的制造方法金属纤维的制造方法 第10页，共26页，编辑于2022年，星期日常用金属纤维常用金属纤维铜纤维银纤维镍纤维不锈钢纤维第11页，共26页，编辑于2022年，星期日预处理预处理除去纤维表面粘附的灰尘和杂质，然后用清水漂洗除去纤维表面粘附的灰尘和杂质，然后用清水漂洗干净。干净。表面处理表面处理增强纤维与聚合物的相容性和结合程度增强纤维与聚合物的相容性和结合程度改善加工性能和机械强度改善加工性能和机械强度降低导电位垒和提高材料导电性能降低导电位垒和提高材料导电性能表面活性剂、硅烷（有机硅）偶联剂和钛酸酯偶联表面活性剂、硅烷（有机硅）偶联剂和钛酸酯偶联剂等剂等金属纤维填充导电塑料的制备金属纤维填充导电塑料的制备 第12页，共26页，编辑于2022年，星期日混料混料单螺杆挤出机单螺杆挤出机剪切作用较小，纤维分散不易均匀。剪切作用较小，纤维分散不易均匀。双螺杆挤出机双螺杆挤出机剪切作用大剪切作用大提高螺杆转速和延长混炼时间有助于纤维提高螺杆转速和延长混炼时间有助于纤维分散均匀分散均匀可能会降低纤维长径比可能会降低纤维长径比第13页，共26页，编辑于2022年，星期日流变仪流变仪可使纤维有一定长径比且分散较均匀，可使纤维有一定长径比且分散较均匀，但生产能力有限。但生产能力有限。金属纤维填充导电塑料的制备金属纤维填充导电塑料的制备 第14页，共26页，编辑于2022年，星期日成型成型注射时宜降低螺杆转速和注射压力注射时宜降低螺杆转速和注射压力提高机筒和模具温度提高机筒和模具温度可加入适当的加工助剂可加入适当的加工助剂纤维在流动过程中有取向纤维在流动过程中有取向纤维适宜的长径比纤维适宜的长径比:40-200金属纤维填充导电塑料的制备金属纤维填充导电塑料的制备 第15页，共26页，编辑于2022年，星期日逾渗现象逾渗现象(Percolation)：普遍存在于粒子填充：普遍存在于粒子填充型聚合物复合材料中，是指当填充粒子达到一型聚合物复合材料中，是指当填充粒子达到一定的浓度时，体系的某种物理性质发生突变的定的浓度时，体系的某种物理性质发生突变的行为。行为。不锈钢纤维：不锈钢纤维：6%9%（体积分数）时，复合（体积分数）时，复合材料体积电阻率下降材料体积电阻率下降56个数量级，导热系数个数量级，导热系数增大增大。国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题填充量与渗滤阀值填充量与渗滤阀值范五一表面改性对不锈钢纤维范五一表面改性对不锈钢纤维/HDPE复合材料性能的影响复合材料性能的影响 高分子材料科学与工程，高分子材料科学与工程，1997，13(2)：104-108第16页，共26页，编辑于2022年，星期日纤维纤维基体聚合物基体聚合物填充量与渗滤阀值填充量与渗滤阀值长径比长径比铜纤维铜纤维ABS9vol%以上，突降以上，突降小小不锈钢纤维不锈钢纤维ABS和和HIPS4vol%以上以上1015104cm大大不锈钢纤维不锈钢纤维PP1vol%，突降，突降大大谭松庭等金属纤维谭松庭等金属纤维/聚合物导电复合材料的性能研究材料工程，聚合物导电复合材料的性能研究材料工程，1998，(12)：15-17，38 混炼时间混炼时间纤维长度纤维长度分散状态分散状态导电性导电性2min25mm未分散开，呈团束状未分散开，呈团束状差差26min较大长径比较大长径比好好好好8min1mm好好差差混炼时间的影响混炼时间的影响国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题高结晶度聚合物比低结晶度聚合物导电性好高结晶度聚合物比低结晶度聚合物导电性好第17页，共26页，编辑于2022年，星期日长度的影响没有含量大长度的影响没有含量大The SE values of the SSF filled composites with various lengths and weight percentages.SE increases with weight percentage and fiber length.国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题POLYMER COMPOSITES,2002,23,1003-1013(Taiwan)第18页，共26页，编辑于2022年，星期日POLYMER COMPOSITES,2002,23,1003-1013(Taiwan)国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题SEM photomicrographs of the cross section of composites filled with NGF and SSF:(a)the short NGF lie side by side hard to form conductive net;(b)the SSF twist and bend to form conductive net.第19页，共26页，编辑于2022年，星期日纤维越长越容易团聚纤维越长越容易团聚The SSF distribution in the cross section of the composite with 120 ring gate.The optical micrographs taken(a)near the surface,(b)between the surface and the central part,(c)near the center of the part.POLYMER COMPOSITES,2002,23,1003-1013(Taiwan)Photographs showing dispersion of 4 wt%SSF in composites molded with the same ring gate angles(120)and injection speed(60%)for different lengths.(a)4mm,(b)6 mm.第20页，共26页，编辑于2022年，星期日15 wt%(56 vol%)polyamide 633 wt%of a low-melting tin/zinc alloy with a melting point of 19952 wt%of fine copper fibers(average length:0.65 mm,diameter:35 um)Polymer Engineering and Science,2009,49,15111524(Germany)The critical concentrations of volume required for this escalation-called percolation threshold range between 20 and 25 vol%for both the metal/thermoplastic hybrid material and the polymer exclusively filled with copper.国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题第21页，共26页，编辑于2022年，星期日电阻率均匀性电阻率均匀性Photograph of 4 wt%6mm SSF orientation and its final contents in the matrix observed at locations from the gate to the remote end of the mold at(a)low injection speed,(b)high injection speed.国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题POLYMER COMPOSITES,2002,23,1003-1013(Taiwan)第22页，共26页，编辑于2022年，星期日国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题Journal of Applied Polymer Science,2006,100,32803287(France,Germany)Correlation between resistivity and LSSF content as a function of distance from injection point for PP/1.66%v/v LSSF(depth 0.5 mm).第23页，共26页，编辑于2022年，星期日纤维缠结，呈无规线团，而不是硬棒状或螺旋纤维缠结，呈无规线团，而不是硬棒状或螺旋SEM observation of transverse cut in zone 1 and 2 respectively,from right to left.From left to right,spherulites of PP and cylindrites of PP/0.56%v/v LSSF isothermally crystallized at 135 for 21 min.Journal of Applied Polymer Science,2006,100,32803287(France,Germany)Photo of the LSSF after complete burning of the PP matrix.国内外研究现状及关键技术问题国内外研究现状及关键技术问题第24页，共26页，编辑于2022年，星期日如何提高金属纤维在聚合物基体中的分散如何提高金属纤维在聚合物基体中的分散性，在保证复合材料导电性能的前提下，降性，在保证复合材料导电性能的前提下，降低导电填料用量；低导电填料用量；如何在金属纤维用量较大以提高导电性能如何在金属纤维用量较大以提高导电性能的同时，保持或增强复合材料的力学性能、的同时，保持或增强复合材料的力学性能、成型加工性能和其它性能。成型加工性能和其它性能。当前需要解决的问题当前需要解决的问题 第25页，共26页，编辑于2022年，星期日第26页，共26页，编辑于2022年，星期日