炭黑填充导电硅橡胶的结构与性能

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疏水性白炭黑增强硅橡胶的工艺及力学性能研究

疏水性白炭黑增强硅橡胶的工艺及力学性能研究

2. 3 混炼胶硫化性能
为了解白炭黑的品种和表面性质对 硅橡胶混 炼胶硫 化性 能的影响, 用流变仪分别对沉淀 法白炭黑、疏水性 白炭黑 增强 的胶料进行了硫化性能测试, 结果见表 3。
表 3 混炼胶硫化性能比较
项目 白炭黑品种
混炼胶胶编号
A
B
H Q-2
H Q-1
沉淀法 沉淀法 沉淀疏水型 气相疏水型
2. 4 混炼胶的力学性能
混炼胶的力学性能是影响硅橡 胶海绵力学 性能的 重要因 素。测试了不同白炭黑增强硅橡胶的力学性能, 见表 4。
表 4 不同白碳黑对硅橡胶力学性能的影响
项目
白炭黑类型 硬度/ ( 邵氏 A) 拉伸强度/ MPa
延伸率/ %
混炼胶编号
H Q- 1
H Q- 2
气相疏水 沉淀疏水
HS W 沉淀法
2 结果与讨论
2. 1 白炭黑对混炼工艺影响
为了提高混炼效 果, 白炭黑 在生 胶中 的分 散需 要在 混炼 过程中分批加入。由 于白 炭黑的 粒径 等性 能不 同, 在硅 橡胶 中的分散能力不 同, 对硅橡 胶混 炼工 艺有不 同的 影响 。表面 处理白炭黑对混炼工艺的影响见表 1。
第 10 期
制剂, 并且需要分 多次 加入, 混炼 时间较 长; 沉淀 法白 炭黑 次 之; 相比之下, 经过表面处理的白炭黑易 于分散到 硅橡胶 基体
中, 白炭黑的分散时间减少 50% 以上。经表面处理 的白炭黑, 表面由亲水性变为疏水性, 不仅 减少了颗粒 的团聚现 象, 而且
改善了白炭黑粒子 与硅橡 胶分 子之间 的浸 润性, 有利 于白 炭 黑粒子在硅橡胶基 体中的 分散, 大 幅度缩 短了 混炼过 程中 的
赵 祺等: 疏水性白炭黑增强硅 橡胶的工艺及力学性能研究

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数

导电炭黑填充硅橡胶的电阻温度系数蒋红生;黄英;杨庆华;高峰;刘平【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2012(043)003【摘要】以炭黑(CB3100)为导电相,硅橡胶为基质制备导电复合材料。

研究导电橡胶中炭黑质量分数对电阻温度系数的影响,并用填料对电阻温度系数的影响。

以隧道效应理论为基础,给出了导电炭黑填充橡胶的电阻温度系数计算模型,结合实验得到温度对导电炭黑/硅橡胶电阻温度系数的影响主要体现在对其电阻率的影响;基体的体积热膨胀提高复合材料的电阻率,提高了正电阻温度系数;炭黑粒子间的隧道效应降低复合材料的电阻率,增强了负电阻温度系数;在炭黑/硅橡胶中加入少量碳纳米管,利用碳纳米管和炭黑的协同补强效应,使复合材料的导电性和稳定性提高。

【总页数】4页(P383-386)【作者】蒋红生;黄英;杨庆华;高峰;刘平【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理系,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理系,安徽合肥230009 中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥230031;合肥工业大学电子科学与应用物理系,安徽合肥230009;合肥工业大学电子科学与应用物理系,安徽合肥230009;中国科学院合肥智能机械研究所,安徽合肥230031 中国科学技术大学自动化系,安徽合肥230027【正文语种】中文【中图分类】TP212【相关文献】1.超导电炭黑填充硅橡胶的制备技术研究 [J], 董洪涛;2.炭黑填充复合型导电硅橡胶的导电机理研究及电阻率计算 [J], 谢泉;罗姣莲;干福熹;刘让苏;彭平;徐仲榆3.炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响 [J], 李斌;赵丽琼;王钰4.炭黑填充导电硅橡胶导电特性研究概况 [J], 赵丽琼;李斌;丁绍焕5.改性材料对炭黑填充压敏硅橡胶导电性能的影响 [J], 李斌;张学勇;付朝阳;王鹏宇;全旺贤因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

白炭黑补强硅橡胶机理

白炭黑补强硅橡胶机理

白炭黑补强硅橡胶机理白炭黑是一种常用的填料,可以用来补强硅橡胶材料。

它具有高比表面积、优异的增强效果和抗老化性能,因此被广泛应用于橡胶制品的生产中。

补强硅橡胶的机理主要包括物理机械作用和化学作用两个方面。

首先,白炭黑的高比表面积能够提供更多的接触面积,增加与硅橡胶的物理结合力。

其次,白炭黑的颗粒形状和尺寸能够增加硅橡胶的机械强度,提高其抗拉强度和耐磨性。

在物理机械作用方面,白炭黑填料与硅橡胶基体之间形成了一种物理上的键合关系。

白炭黑颗粒的高比表面积使其能够与硅橡胶分子链相互作用,形成一种物理上的吸附作用。

这种吸附作用能够增加硅橡胶的黏附能力和内聚力,使其具有更好的拉伸性能和耐磨性。

在化学作用方面,白炭黑填料还能与硅橡胶基体发生化学反应,增强其化学键合力。

白炭黑的表面含有许多活性基团,可以与硅橡胶中的官能团发生反应,形成化学键。

这种化学键能够提高硅橡胶的耐热性、耐油性和耐腐蚀性,使其在复杂的工作环境中具有更好的稳定性和耐用性。

除了物理机械作用和化学作用,白炭黑还能够通过改变硅橡胶的微观结构来提高其性能。

白炭黑填料的加入可以改变硅橡胶的晶粒尺寸和分布,使硅橡胶具有更细密的结构和更均匀的分布。

这种微观结构的改变能够提高硅橡胶的物理力学性能,使其具有更好的弹性和韧性。

总的来说,白炭黑补强硅橡胶的机理是通过物理机械作用、化学作用和微观结构调控三个方面来实现的。

白炭黑的高比表面积和颗粒形状能够增加硅橡胶的物理强度和黏附能力,而其表面的活性基团则能够与硅橡胶发生化学反应,增强其化学性能。

此外,白炭黑的加入还能够改变硅橡胶的微观结构,进一步提高其性能。

因此,白炭黑作为一种常用的填料,能够有效地补强硅橡胶材料,提高其综合性能,广泛应用于橡胶制品的生产中。

炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响

炭黑填充粒子对导电硅橡胶压阻特性的影响

1 2 ・
材料 导报 B: 研 究篇
2 0 1 3年 3月( 下) 第2 7卷 第 3期
炭 黑填 充粒 子对 导 电硅 橡 胶 压 阻特 性 的 影 响
李 斌, 赵 丽琼 , 王 钰
( 昆 明理 工 大 学 化 学 工 程 学 院 , 昆明 6 5 O 5 O O ) 摘 要 阐 述 了复 合 型 导 电 高分 子 材 料 的 导 电 机 理 , 分 析 了 4种 导 电炭 黑 填 充 量 对 导 电硅 橡 胶 导 电 特 性 的 影
响, 实验分析 了相 同导 电填料 、 不 同质量分数情 况下的导电硅 橡胶压 阻特性 , 分析 了相 同质 量分数 、 不 同导 电填料 对
复合材料压 阻特性的影响 。研 究表 明, 随着炭黑填充量的不 断增加 , 复合材料 体积 电阻率均呈 下降趋势 ; 4种炭黑填
充的导 电硅 橡胶渗流 阀值较接近 ; 导 电硅橡胶的 电阻一 压 力变化规律符合 隧道 效应理论模 型 ; 为保 证导 电硅橡胶 具有
ma t e r i a l t e n d s t o d e c r e a s e .Th e t h r e s h o l d v a l u e s o f s e e p a g e o f t h e f o u r c a r b o n b l a c k f i l l i n g a mo u n t s o f c o n d u c t i v e s i l l — c o n r u b b e r a r e c l o s e t o e a c h o t h e r . Th e l a w o f r e s i s t a n c e a n d p r e s s u r e o f c o n d u c t i v e s i l i c o n r u b b e r i s i n a c c o r d a n c e wi t h t h e o r e t i c a l mo d e l o f t u n n e l i n g e f f e c t .I n o r d e r t o o b t a i n e x c e l l e n t c o n d u c t i v e p e r f o r ma n c e a n d p i e z o r e s i s t i v e p r o —

硅橡胶用白炭黑

硅橡胶用白炭黑

硅橡胶用白炭黑
硅橡胶用白炭黑特性:
在橡胶行业中使用比普通沉淀白炭黑更具补强性,特别是在硅橡胶行业中不仅使产品具有更好的拉伸强度和耐磨性等,而且是产品透明度好,拉伸不返白,不变形。

项目指标
型号CT30
外观白色粉末
白度等于标样二氧化硅含量(干品)≥98
PH值≥7
BET(比表面积)120-170 DBP mL/100g(吸油值)260
粒径8um
烧碱含量(干品)%1000℃,2h ≤7.0
加热减量%105℃,2h ≤6.0
此产品具有高吸油值,低比表面积的特点。

可用于制作胶辊,手机按键等硅橡胶制品。

物质:SiO2 折光率10.56% 颗粒折射率 1.600 颗粒吸收率0.1 分散剂乙醇粒径:9.08um。

硅橡胶的结构

硅橡胶的结构

硅橡胶的结构硅橡胶是一种具有优异性能和广泛应用的弹性材料。

它主要由硅氧烷聚合物和填料组成,具有耐高温、耐低温、耐候性好、电绝缘性能优异等特点。

在工业生产中,硅橡胶广泛用于密封、绝缘、吸振、防水等领域。

本文将从硅橡胶的结构入手,探讨其特点及应用。

硅橡胶的结构具有以下特点:首先,硅橡胶的主要成分是硅氧烷聚合物,其分子链中交替排列着硅原子和氧原子,这使得硅橡胶具有较好的耐高温性能。

其次,硅橡胶中的填料起到增强材料强度和硬度的作用,常见的填料有石英粉、碳黑等。

此外,硅橡胶还含有硫化剂、促进剂等辅助剂,用于促进硅橡胶的交联反应,提高其弹性和耐磨性。

硅橡胶的特点主要体现在以下几个方面:首先,硅橡胶具有优异的耐高温性能,能在-60℃至300℃范围内保持良好的物理性能,适用于高温环境下的密封和绝缘。

其次,硅橡胶具有优异的电绝缘性能,可用于电子元器件的密封和绝缘。

此外,硅橡胶还具有较好的耐候性和耐臭氧性能,能在户外恶劣环境下长期使用。

硅橡胶在工业生产中有着广泛的应用。

首先,在汽车制造领域,硅橡胶被广泛应用于汽车密封件、悬挂系统、防尘罩等部件,提高了汽车的安全性和舒适性。

其次,在电子电器领域,硅橡胶被用作电子元器件的密封、绝缘材料,保障了电器设备的正常运行。

此外,硅橡胶还广泛应用于建筑、医疗、食品等领域,发挥着重要的作用。

总的来说,硅橡胶作为一种优异的弹性材料,具有独特的结构和优异的性能,在工业生产中有着广泛的应用前景。

随着科技的不断进步和创新,硅橡胶的性能和应用领域将不断拓展,为各行业的发展提供更多可能性。

希望本文对硅橡胶的结构和特点有所帮助,为读者对硅橡胶的认识提供一定的参考。

炭黑填充导电硅橡胶的结构与性能

炭黑填充导电硅橡胶的结构与性能

炭黑填充导电硅橡胶的结构与性能
张继华;任灵;王立峰;赵云峰
【期刊名称】《宇航材料工艺》
【年(卷),期】2011(041)002
【摘要】采用SEM、TGA等表征了炭黑填充导电硅橡胶的性能及结构,并研究其导电机理.结果表明,乙炔炭黑含量对导电硅橡胶的力学性能有明显影响.含量超过45 phr后,其体积电阻率变化不明显,炭黑在橡胶内部形成"球簇"和"簇链"结构,因而炭黑的增多,增加了"导电通路",降低橡胶的体积电阻率;导电硅橡胶的最佳耐热性填充量为50 phr,此时随温度的增加,其拉伸强度下降;在100℃下长期老化后的导电性能下降.
【总页数】5页(P79-82,86)
【作者】张继华;任灵;王立峰;赵云峰
【作者单位】航天材料及工艺研究所,北京,100076;航天材料及工艺研究所,北京,100076;航天材料及工艺研究所,北京,100076;航天材料及工艺研究所,北
京,100076
【正文语种】中文
【相关文献】
1.注塑炭黑填充聚丙烯微观结构和导电性能的研究 [J], 马少康;成永峰;畅同晨;吴海宏
2.导电炭黑填充室温硫化硅橡胶的屏蔽性能 [J], 李鹏;刘顺华
3.高结构导电炭黑填充硅橡胶复合材料的性能 [J], 陈克正;杜芳林;崔作林;张华凯
4.炭黑填充型导电硅橡胶的性能研究 [J], 杨绪迎;吴文彪
5.改性材料对炭黑填充压敏硅橡胶导电性能的影响 [J], 李斌;张学勇;付朝阳;王鹏宇;全旺贤
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炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性

炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性

Vol.39高等学校化学学报No.102018年10月㊀㊀㊀㊀㊀㊀CHEMICALJOURNALOFCHINESEUNIVERSITIES㊀㊀㊀㊀㊀㊀2320 2326㊀㊀doi:10.7503/cjcu20180141炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性王文琪,林㊀宇,吴国章(华东理工大学材料科学与工程学院,上海市先进聚合物重点实验室,上海200237)摘要㊀研究了炭黑(CB)结构和橡胶基体极性对复合材料在高频区介电特性的调控作用.结果表明,与极性较强的丙烯酸酯橡胶体系相比,非(弱)极性硅橡胶体系与CB相互作用较弱,渗流阈值较低,界面极化弱,高频区介电常数随频率增大衰减较小.CB粒径大且比表面积小,虽不利于渗流网络的形成,但高频介电特性随频率衰减较小.比表面积小且结构度低的CB填充弱极性的硅橡胶体系在高频区具有较大介电常数,有望实现人体肌肉和脂肪的宽频化介电特性仿真.关键词㊀橡胶极性;炭黑填充橡胶复合材料;渗流阈值;高频介电特性中图分类号㊀O631㊀㊀㊀㊀文献标志码㊀A收稿日期:2018⁃02⁃21.网络出版日期:2018⁃09⁃10.基金资助:国家自然科学基金(批准号:51503066,51373053)资助.联系人简介,吴国章,男,博士,博士生导师,主要从事高分子材料成型加工与形态控制研究.E⁃mail:wgz@ecust.edu.cn人体组织微波仿真材料及由此构成的微波体模不仅可为肿瘤的微波诊治提供精确定位试验,为进一步发展计算机辅助医学诊断提供基础数据,而且对于研制新一代微波通讯系统㊁海关口岸微波安检设施,减轻电磁波对人类的危害具有重大意义.微波体模要求人体组织微波仿真材料导电和介电特性与人体组织等效,同时密度㊁比热及传热系数等基本物理特性也尽可能接近人体组织.自20世纪70年代以来,人们在微波等效体模的研制方面做了大量的工作.最初用氯化钠水溶液或水凝胶来模拟人体组织的微波介电特性[1,2],但存在电性能不稳定㊁易变质及难以赋形等缺点.21世纪初,人们开始研制不含水的聚合物基微波等效体模.Nikawa等[3]采用2种不同类型的碳纤维填充硅橡胶,分别模拟低含水量的人体组织(如脂肪和骨骼)和高水含量的人体组织(如皮肤㊁肌肉和人脑),在1GHz处介电常数分别高达8和80.Moon等[4]采用陶瓷粉调控介电常数,炭黑(CB)和石墨调控介电损耗,制备了环氧树脂基人体组织微波仿真材料,在1GHz处介电常数高达55.Youngs等[5]通过注塑成型制备CB填充聚四氟乙烯人体模型,可模拟脂肪和肌肉的介电常数.Garett等[6]将CB和石墨填充聚氨酯橡胶中制备了柔软且具有一定力学强度的人体模型,在1GHz处介电常数分别高达40和10.但目前文献报道更多局限于模拟不同人体组织微波下介电特性的材料配方,很少涉及填料与基体界面相互作用对材料高频介电常数的影响规律.纯聚合物介电常数较低,在聚合物基体中添加导电填料是最直接有效的提高材料介电常数的方法[7 12].CB是最常用的导电填料,随着CB含量的增加,复合材料的电阻率下降,介电常数上升,且存在渗流效应[13,14]:当CB含量在渗流阈值(φc)附近,电阻率和介电常数发生突变.复合材料的介电损耗由导电和极化贡献,当CB含量超过φc时,复合材料电阻率显著下降,介电损耗主要取决于导电[15 18],介电常数也由于聚合物⁃导电粒子微电容网络的形成而显著提高.除了填充量,CB粒径㊁比表面积㊁团聚结构及分散状态等因素显著影响材料的电性能.通常,CB粒径越小,比表面积越大,结构度越高,渗流阈值越低,可在较低CB含量下有效提高电导率,但高频区介电常数提高有限[19];粒径大㊁比表面积小㊁结构度低㊁分散好的CB虽需较高含量才能提高电导率,但能明显提高高频区的介电常数.此外,介电常数与基体的极性强弱有关[13],一般认为基体极性越强,复合材料的介电常数越高.Salaeh等[20]对比了环氧改性前后天然橡胶与CB共混的介电特性,发现橡胶经极性基团改性后偶极极化增加,介电常数提高.本文研究了橡胶基体极性和CB种类对复合材料在高频区介电特性的调控作用,考察了CB粒径㊁比表面积㊁结构度及CB⁃聚合物间相互作用对导电性能和介电常数的影响规律,阐述了人体组织微波仿真材料宽频化设计的基本原理.1㊀实验部分1.1㊀试剂与仪器丙烯酸酯橡胶(AR),牌号AR32,日本瑞翁公司,玻璃化转变温度(Tg)为-28ħ;硅橡胶(SR),牌号Sylgard184,美国道康宁公司,Tg为-120ħ;乙炔黑(AB),阿法埃莎化学有限公司;导电型炭黑VXC72R(VB),上海卡博特化学有限公司;绝缘炭黑N990(NB),上海欧励隆贸易有限公司.各种CB详细参数见表1.原料使用前均经干燥处理.Table1㊀DetailedinformationofdifferenttypesofcarbonblacksCarbonblackSize/nmN2specificarea/(m2㊃g-1)DBPabsorption/(cm3㊃100g-1)Oxygencontent(%)Acetyleneblack(AB)42752983 0VXC72R(VB)302541780 7N990(NB)2807 1234 440 5㊀㊀UT33C型万用表,香港优利德有限公司;Keithley6487型皮安表,美国Keithley公司;HitachiS⁃4800型扫描电子显微镜(SEM),日本日立公司;NovocontrolGmbHConcept40型高分辨介电分析仪,德国Novocontrol公司.1.2㊀试样制备丙烯酸酯橡胶样品:将一定配比的AR32和CB在HL⁃200型密炼机(吉林大学科教仪器厂)中于100ħ及80r/min条件下混炼20min,并在XK⁃160⁃320型开炼机(上海东业机电设备公司)上开炼10min,然后将复合材料于10MPa和170ħ条件下热压5min制得厚度为1mm的薄片.样品编号为AR⁃x⁃y,其中x为CB代号,y为CB的质量分数.硅橡胶样品:将液体硅橡胶的两组分混合均匀后,慢慢加入CB研磨均匀,在真空环境中放置1h,除泡,在模具中涂平,于150ħ固化10min得到厚度为1mm的薄片.样品编号为SR⁃x⁃y,其中x为CB代号,y为CB添加的质量分数.2㊀结果与讨论2.1㊀导电渗流行为Fig.1㊀VolumeresistivityversusfillercontentofAR32(A)andsiliconerubber(B)compositesfilledwithdifferenttypesofcarbonblacksCB:a.AB;b.VB;c.NB.当CB添加量在φc附近时,电阻发生突变,材料介电常数显著提高.因此,首先考察不同CB的导电渗流行为,以确定CB添加量.图1给出了不同种类CB填充AR32和硅橡胶的ρv随CB含量变化情况.对于AR32体系,导电AB和VB在较低含量时对材料ρv影响较小,当AB和VB含量为23 1%时,ρv明显下降,而NB添加量为75%时,ρv仍未出现突变,说明NB均匀分散于基体中,未能形成导电网1232㊀No.10㊀王文琪等:炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性络结构.进一步对比发现,φc随CB结构参数(吸油值)的增大而减小.AB填充体系和VB填充体系的φc尽管相近,但VB填充体系的ρv更低,这可能与VB较小的粒径和较大的比表面积有关;另外,AB表面一般含有较高的极性含氧基团(表1),导致AB与极性的AR32相互作用较强,难以形成导电网络.在非极性的硅橡胶复合体系[图1(B)]中,较低结构度的VB在添加量为15%时,ρv明显下降,而添加5%高结构度的AB体系即可显著降低ρv,说明AB由于具有丰富的枝状结构,更易形成导电网络.与AR32体系不同的是,添加70%NB可显著降低硅橡胶体系ρv.上述结果表明,在非极性橡胶体系中CB导电网络的形成更多取决于CB的一次结构形态,DBP吸油值越高,φc越小,而在极性较大的AR32体系中,CB与聚合物之间的相互作用力有可能阻碍导电网络的形成[21].图2给出AB和NB在AR32基体中的SEM形貌.由图2可见,粒径小㊁高结构度的AB加入到AR32中,低填充含量[图2(A)]下AB均匀分散,高填充含量[图2(B),(C)]下AB形成网络结构;而粒径大㊁低结构度的NB经密炼和开炼混合后被AR32基体包覆,即使NB填充含量高达75%[图2(F)],仍未形成三维导电网络结构.这主要是由于NB粒径大,比表面积小,粒子间作用力小,无法将NB表面的橡胶层剥除形成导电链[22].Fig.2㊀SEMimagesofAR⁃AB⁃16 7%(A),AR⁃AB⁃23 1%(B),AR⁃AB⁃28 6%(C),AR⁃NB⁃66 7%(D),AR⁃NB⁃71 4%(E)andAR⁃NB⁃75%(F)Fig.3㊀SEMimagesofSR⁃AB⁃5%(A),SR⁃AB⁃10%(B),SR⁃AB⁃15%(C),SR⁃NB⁃30%(D),SR⁃NB⁃50%(E)andSR⁃NB⁃70%(F)图3给出AB和NB在硅橡胶基体中的分散状态.可以看出,AB在硅橡胶中分散粒径比在AR32基体中大,且在较低填充量下形成网络结构.这是由于硅橡胶为非(弱)极性基体,硅橡胶⁃AB间相互作用小于AB⁃AB颗粒间作用力,AB倾向于自凝聚,因此更易形成导电通路.比表面积小㊁粒径大的2232高等学校化学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.39㊀NB填充硅橡胶体系中,NB粒子间距离随填充含量增加而减小,在高填充量[图3(F)]下,NB粒子间接触,形成网络结构.进一步证实由于基体极性差异,CB与硅橡胶基体间相互作用弱于CB与AR32基体间相互作用,更易形成导电网络结构.AB,VB和NB填充AR32的导电渗流阈值分别为18 6,小于18 6和75,填充硅橡胶的导电渗流阈值分别为3,5和50.可见,对于极性较强的AR32与CB有更强的相互作用力,CB分散状况较好,因此相对于硅橡胶体系有较高φc.而对于不同结构度的CB,结构度越大,CB越容易形成网络结构,具有较低φc.而在AR32中结构度较高的AB反而比VB有更高φc,主要由于加工过程中破坏了其枝状结构,造成其φc提高.2.2㊀橡胶基体极性对高频介电特性的影响基体极性和CB结构显著影响填充高分子复合体系导电渗流行为.图4给出导电AB填充AR32和硅橡胶复合体系介电常数的频率依赖关系曲线.可见,由于AR32基体极性较强,纯AR32的介电常数高于纯的硅橡胶,复合体系的介电常数随AB填充含量增加而升高,且各组分的介电常数随频率升高而下降.这主要是由于材料中的偶极极化㊁电子极化等随着频率的增加来不及响应,从而造成介电常数衰减.对比发现,AR32和硅橡胶复合体系介电常数随频率衰减速率不同.AR⁃AB⁃28 6%体系在106Hz处介电常数约为74,随频率增加衰减较快,在109Hz处介电常数仅为16;而SR⁃AB⁃15%体系在106Hz处介电常数约为1000,随频率增大衰减较慢,在109Hz处介电常数仍高达300.这主要归因于极性较强的AR32基体与AB相互作用较强,在填料网络之间形成了薄层微电容结构[23],进而强化了基体的偶极极化.而AB填充硅橡胶体系在网络结构间虽然也有微电容结构存在,但由于硅橡胶基体极性较弱,偶极极化强度较弱,因此介电常数随频率的衰减较小.Fig.4㊀Frequencydependenceofdielectricconstant(εᶄ)forABfilledAR32(A)andsiliconerubber(B)compositesFig.5㊀Frequencydependenceofdielectricloss(εᵡ)forABfilledAR32(A)andsiliconerubber(B)composites图5给出AB填充AR32和硅橡胶复合体系介电损耗随频率变化曲线.在纯体系中,AR32基体较硅橡胶极性强,其介电损耗也较大.复合体系的介电损耗随AB填充量增加而增大,且当AB含量超过φc时,曲线形状与纯聚合物相差较大.文献[24 27]表明,导电填料填充聚合物体系的介电损耗由导电和极化两部分贡献.导电部分贡献的介电损耗与频率的倒数成正比,曲线形状为斜向下的直线.极化部分贡献的介电损耗与频率呈非线性关系.当AB含量超过φc时,AR32体系的介电损耗与频率呈线性关系,说明介电损耗主要由导电所贡献.而在硅橡胶体系中介电损耗与频率呈非线性关系,说明介电损耗主要由极化所贡献,可能由于AB表面的含氧基团所引起的偶极极化.硅橡胶体系介电损耗值比3232㊀No.10㊀王文琪等:炭黑填充橡胶复合材料的高频介电特性AR32体系大,主要由于AB在硅橡胶中形成更为完整的网络结构,造成的损耗值较大.2.3㊀炭黑结构对高频介电特性的影响图6给出VB和NB填充硅橡胶复合体系的介电常数随频率变化曲线.结合图4(B),进一步考察了CB结构对填充复合体系高频介电特性的影响.SR⁃VB⁃10%体系介电常数随频率升高几乎不变,SR⁃VB⁃15%体系介电常数则随频率升高显著下降(从106Hz处的1000直接降低到109Hz处的19 4).而NB填充硅橡胶体系各组分介电常数随频率升高几乎均不变或下降很小.当CB含量较低时,体系中CB之间微电容很难形成网络,因此基体的极化增强效果较弱,介电常数随频率变化依赖性较小.当CB含量接近或高于φc时,由于VB的比表面积较AB和NB大,在相同填充量下,基体⁃CB界面面积增大,界面极化较强[28],因而高频处介电常数快速衰减.反之,AB和NB比表面积较小,基体⁃CB界面面积较小,且硅橡胶基体极性弱,因此高频处介电常数衰减较小,SR⁃AB⁃15%和SR⁃NB⁃70%体系在109Hz处介电常数可分别高达300和100 Fig.6㊀FrequencydependenceofdielectricconstantforVB(A)andNB(B)filledsiliconerubbercomposites图7给出VB和NB填充硅橡胶复合体系的介电损耗的频率依赖性曲线.结合图5(B)可知,AB,VB和NB质量分数分别为10%,15%和70%时,109Hz处介电损耗达到最大,且VB和NB填充体系的介电损耗随频率呈线性关系,说明介电损耗主要由导电所贡献.进一步对比发现,VB填充体系介电损耗随频率下降要大于NB,主要是由于其VB的结构度和比表面积远大于NB,能形成更完整的网络结构,在109Hz处电导率更大.而AB填充体系介电损耗随频率呈非线性关系,主要由AB表面含氧基团的偶极极化所贡献,介电损耗随频率变化较小.Fig.7㊀FrequencydependenceofdielectriclossforVB(A)andNB(B)filledsiliconerubbercomposites2.4㊀模拟人体组织的介电特性图8给出AB填充硅橡胶复合材料的介电常数和介电损耗,并与文献[29,30]中人体肌肉和脂肪的介电特性进行对比.可以看出,SR⁃AB⁃3%体系的介电常数和介电损耗在相当宽的频率区间与人体脂肪的介电特性非常接近,有可能进一步开发成人体脂肪的微波仿真材料;SR⁃AB⁃10%体系介电常数比人体肌肉稍高,介电损耗适用范围也很窄,不适用于模拟人体肌肉.由于基体极性对介电常数随频率的依赖性有影响,对于弱极性的硅橡胶增强其极性可调控复合物介电常数对频率的依赖性,以缩小与人体组织介电常数的偏差.另外,可对AB的用量进行微调,以进一步缩小模拟的偏差.图9给出NB填充硅橡胶复合材料的介电常数和介电损耗.与文献[29,30]中人体肌肉和脂肪的介电特性比较发现,4232高等学校化学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.39㊀Fig.8㊀Dielectricconstant(A)anddielectricloss(B)forABfilledsiliconerubbercompositesasacomparisonwiththedielectricpropertiesofmuscleandfataccordingtoreferences[29,30]Fig.9㊀Dielectricconstant(A)anddielectricloss(B)ofNBfilledsiliconerubbercompositesasacomparisonwiththedielectricpropertiesofmuscleandfataccordingtoreferences[29,30]SR⁃NB⁃50%体系介电常数高于人体脂肪,但介电损耗却低于脂肪,因此不适于模拟脂肪;SR⁃NB⁃70%体系的介电常数和介电损耗与肌肉的介电特性在非常宽的频率范围内比较接近.因此通过不同CB种类的混杂有可能实现人体肌肉的宽频化仿真设计.需特别指出的是,与AB相比,NB需在更高的含量下才可达到脂肪和肌肉的介电特性,这与NB粒径大㊁比表面积小㊁结构度低及界面极化弱直接关联.综上所述,橡胶基体极性和CB结构显著影响复合材料的渗流行为和高频介电特性.AR32基体极性强于硅橡胶,与CB间相互作用较强,渗流阈值较高,其介电损耗主要由导电贡献,介电常数随频率升高快速衰减.表明弱极性的硅橡胶适合作为模拟人体组织介电特性的橡胶基体.导电VB粒径小,比表面积大,其硅橡胶填充体系在高频区的介电特性随频率衰减速度比较快.AB和NB因比表面积小,界面极化较弱,高频区介电特性随频率衰减比较缓慢,适合作为模拟人体组织介电特性的导电填料.具有较高结构度的AB能在较低含量下达到高介电常数.SR⁃AB⁃3%和SR⁃NB⁃70%体系可在非常宽的频率范围分别模拟人体脂肪和肌肉的介电特性.参㊀考㊀文㊀献[1]㊀ChouC.,ChenG.,GuyA.,LukK.,Bioelectromagnetics,1984,5,435 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718High⁃frequencySpecificDielectricPropertiesofCarbonBlackFilledRubberComposites†WANGWenqi,LINYu,WUGuozhang∗(ShanghaiKeyLaboratoryofAdvancedPolymericMaterial,SchoolofMaterialsScienceandEngineering,EastChinaUniversityofScienceandTechnology,Shanghai200237,China)Abstract㊀Inordertodevelophigh⁃performancemicrowavehumantissue⁃equivalentmaterials,itisagreatchallengetoendowpolymercompositeswithtunablehigh⁃frequencyspecificdielectricproperties.Theeffectsofcarbonblack(CB)particlesize,specificsurfacearea,structureandtheCB⁃matrixinteractiononelectricalconductivityandhigh⁃frequencyspecificdielectricpropertiesofrubbercompositesweresystematicallyinvestigatedinthispaper.TheresultsshowthatthepercolationthresholdishighinCB⁃filledstrongpolaracrylicrubber(AR)composites,andtheadditionofCBcanenhancethelow⁃frequencydielectricconstantduetostrongCB⁃ARinterfacialinteractions.However,thedielectricpropertiesdecayquicklywithincreasingfrequency,resultingfromthestronginterfacialpolarization.Whileinthecaseofweakpolar(nonpolar)siliconerubbercomposites,thedielectricpropertiesathighfrequenciesdecayrelativelyslowlywithincreasingfrequency.AlthoughCBparticleswithbigsize,smallspecificsurfaceareaandlowstructurearenotconducivetoformthepercolationnetwork,thehigh⁃frequencydielectricpropertiesattenuateslowlywithanincreaseoffrequency.TheresultsrevealthatitispossibletosimulatethebroadbanddielectricpropertiesofhumanmuscleandfatwithCB⁃filledsiliconerubbercomposites.†SupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(Nos.51503066,51373053).Keywords㊀Rubberpolarity;Carbonblackfilledrubbercomposite;Percolationthreshold;High⁃frequencydielectricproperty(Ed.:W,Z)6232高等学校化学学报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Vol.39㊀。

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炭黑填充导电硅橡胶的结构与性能
作者:张继华, 任灵, 王立峰, 赵云峰, Zhang Jihua, Ren Ling, Wang Lifeng, Zhao Yunfeng
作者单位:航天材料及工艺研究所,北京,100076
刊名:
宇航材料工艺
英文刊名:AEROSPACE MATERIALS & TECHNOLOGY
年,卷(期):2011,41(2)
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本文链接:/Periodical_yhclgy201102020.aspx。

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