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碳纤维 丁苯橡胶 复合材料 导电 性能 研究

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毕业论文 碳纤维/丁苯橡胶复合材料导电性能的研究 材料工程系吕海燕102074210学生姓名： 学号： 高分子材料与工程系 部： 张翰专 业： 指导教师： 二一四年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业论文任务书论文题目： 碳纤维/丁苯橡胶复合材料导电性能的研究 系部： 材料工程系 专业： 高分子材料与工程 学号： 102074210 学生： 吕海燕 指导教师（含职称）： 张翰（副教授） 1课题意义及目标碳纤维与丁苯橡胶性能各有千秋，如果用刚性的碳纤维增强柔性的橡胶，将彼此取长补短，由于碳纤维的引入，使其耐热性，耐磨性，回弹性，导电性等性能显著提高。特别作为导电材料，防静电材料，电磁屏蔽材料有广泛的应用前景。通过合理配方设计，研究复合材料所具备的良好的导电性能。对影响导电性的各种主要因素进行讨论。2主要任务1）查阅相关文献，提出试验方案；2）确定基础配方和性能配方；3）碳纤维的处理；4）确定合理的工艺路线；5）进行力学基本性能测试和相应结构表征测试；6）对影响导电性能各种主要因素进行控制和考察；7）用扫描电镜等对其微观结构进行分析；8）记录实验结果，分析处理实验数据；9）完成毕业论文的撰写工作。3. 基本要求1）认真学习相关书籍，查阅中外文资料，制定出合理的实验研究方案；2）认真做好各环节实验，做好实验记录，要求实验数据准确可靠；3）勤于思考，应用所学的专业知识来解决实验中遇到的问题；4）翻译一篇与本课题相关的英文文献；5）论文撰写要求严格按照材料工程系“本科毕业论文格式要求”撰写。4. 主要参考资料1 贺福. 碳纤维增强橡胶复合材料J. 化工新型材料, 1989, 9: 002.2 宋国君, 孙晋立. 碳纤维/橡胶复合材料电性能研究J. 山东纺织工学院学报, 1995, 10(1): 1-5.3 陈发桥. 碳纤维复合材料力电性能研究D. 武汉: 武汉理工大学, 2007.5进度安排 论文各阶段名称起 止 日 期1查阅文献资料，确定实验方案1月3日3月18日2确定基础配方和性能配方3月19日3月27日3确定合理的工艺路线3月28日4月8日4进行力学基本性能测试和相应结构表征测试4月9日4月28日5对影响导电性能各种主要因素进行控制和考察4月29日5月10日6用扫描电镜等对其微观结构进行分析5月11日5月16日7分析实验数据，查漏补遗5月17日6月3日8完成毕业论文及答辩工作6月4日6月22日审核人： 年 月 日 太原工业学院毕业论文碳纤维/丁苯橡胶复合材料导电性能的研究摘要：此论文主要是用75%浓硝酸浸泡碳纤维，待90分钟后取出用蒸馏水清洗并烘干，将烘干的碳纤维剪成13mm，然后通过改变碳纤维的用量来研究碳纤维含量对SBR力学性能和导电性能的影响。经过实验所得数据对比，发现碳纤维增强丁苯橡胶复合材料的力学性能和导电性能有明显的提高，随着碳纤维含量的增加，撕裂强度、拉伸强度、导电性总体呈上升趋势。在碳纤维含量为2%时，复合材料的拉伸强度和导电性最佳。与未添加碳纤维时测得的丁苯橡胶复合材料的拉伸强度相比，所制得的复合材料的拉伸强度提高了19%。 关键词：丁苯橡胶，碳纤维，复合材料，性能- 0 - ElectricConductivity of Carbon Fiber/SBR Composite Materials ResearchAbstract: This subject main studies the influence of content of carbon fiber on mechanical properties and conductivity of the SBR by changing the amount of carbon fibe. The carbon fiber is soaked by concentrated nitric acid of 75% for ninety minute, washed by distilled water, stoved until it drying and cut into 13 mm. The result of experiment showed that the mechanical properties and electrical conductivity of carbon fiber/SBR composite are incresed. With the increase of carbon fiber, tear strength, tensile strength and electric conductivity of composite is on the rise as a whole. The electrical conductivity and tensile strength of the composite material is best when the content of carbon fiber is 2%. Comparing with the composite material of not adding carbon fiber, its tensile strength has increased 19%.Key words: Styrene butadiene rubber, Carbon fiber, Composite materials, Performance- 0 - 目录1 前言11.1碳纤维11.1.1 概况11.1.2 碳纤维的结构11.1.3 碳纤维的特性21.1.4 碳纤维与橡胶的界面粘接31.1.5 碳纤维表面处理的目的与作用41.1.6 碳纤维在橡胶制品中的应用51.1.7 碳纤维导电复合材料的研究现状61.2 丁苯橡胶61.2.1 概况71.2.2 丁苯橡胶的成分71.2.3 丁苯橡胶的分类71.2.4 丁苯橡胶的性能81.2.5 丁苯橡胶的应用91.2.6 丁苯橡胶合成技术进展91.2.7 丁苯橡胶的价格和消费状况101.2.8 丁苯橡胶的发展历史及前景122 实验部分142.1 实验原料及实验设备142.1.1 实验原料142.1.2 实验设备142.2 实验工艺过程152.2.1 实验配方152.2.2 实验工艺流程162.2.4 碳纤维的处理162.2.5 碳纤维/丁苯橡胶复合材料的制备172.3 碳纤维/丁苯橡胶复合材料性能的测定172.3.1 力学性能的测试172.3.2 导电性能的测试183 实验结果与分析213.1力学性能213.1.1 实验数据213.1.2 数据处理与分析213.2 电学性能253.2.1 实验数据253.2.2数据处理与分析264 结论30参考文献31致谢33 I 1 前言碳纤维增强复合材料是目前最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料，是其它纤维增强复合材料所无法比拟的。橡胶具有极佳的弹性，且自身强度较低，而碳纤维具有较高的比模量和比强度，两者复合能使橡胶的强度得到提高1。碳纤维是发展国防军工与国民经济的重要战略物资，属于技术密集型关键材料，随着从短纤碳纤维到长纤碳纤维的学术研究，使用碳纤维制作发热材料的技术和产品也逐渐普及。碳纤维碳材料已在军事及民用工业的各个领域取得广泛应用。从航天、航空、汽车、电子、机械、化工、轻纺等民用工业到运动器材和休闲用品等。碳纤维增强的复合材料可以应用于飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、电磁屏蔽除电材料、人工韧带等身体代用材料以及用于制造火箭外壳、机动船、工业机器人、汽车板簧和驱动轴等。碳纤维是典型的高科技领域中的新型工业材料。 1.1碳纤维1.1.1 概况碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的新型纤维材料。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维外柔内刚，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，比热及导电性介于非金属和金属之间，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能和电磁屏蔽性。碳纤维与传统的玻璃纤维相比，杨氏模量是其3倍多，它与凯夫拉纤维相比，杨氏模量是其2倍左右，在有机溶剂、酸、碱中不溶不胀，耐蚀性突出。碳纤维除了用于航空航天领域、国防军事领域和体育用品外，汽车构件、风力发电叶片、建筑加固材料、增强塑料、钻井平台等碳纤维新市场也被正在运用。1.1.2 碳纤维的结构 碳纤维是含碳量高于90%的无机高分子纤维。其中含碳量高于99%的称石墨纤维。碳纤维的微观结构类似人造石墨，是乱层石墨结构。碳纤维各层面间的间距约为3.391010m3.421010m，各平行层面间的各个碳原子，排列不如石墨那样规整，层与层之间借范德华力连接在一起。通常也把碳纤维的结构看成由两维有序的结晶和孔洞组成，其中孔洞的含量、大小和分布对碳纤维的性能影响较大。碳纤维属于过渡形式碳，其微结构基本类似石墨，但层面的排列并不规整，属于乱层结构。随着热处理温度的升高，碳纤维的结构逐步向多晶石墨转化。微晶是碳纤维微结构的基本单位。构成多晶结构的基元是六角形芳环的层晶格，石墨片层就是由层晶格组成的层平面。原纤以网状结构存在，它是由带状的石墨层片组成的微原纤构成的。原纤之间的界面方向错乱复杂，并且有长而窄的间隙存在。随着温度的升高，原纤沿纤维轴取向排列。温度越高，张力越大，择优取向角越小，模量越高。层间距也随温度的升高而减小，趋近石墨的层间距。纤维由二维乱层石墨结构向三维有序的石墨结构转变。碳纤维中石墨层状结构如图1.1所示，（a）图为石墨纤维层状结构，（b）图为碳纤维的乱层结构。碳纤维是将原料纤维在一定的张力、温度下，经过一定时间的预氧化、炭化和石墨化处理等过程制成的。(a) (b)图1.1 石墨纤维与碳纤维结构图Figure 1.1 Structure of graphite fiber and carbon fibre1.1.3 碳纤维的特性 碳纤维兼具碳材料的强抗拉力和纤维的柔软可加工性两大特征，是一种力学性能优异的新材料。碳纤维拉伸强度约为27GPa，拉伸模量约为200700GPa。碳纤维的热膨胀系数与其它的纤维不同，它有各向异性的特点。碳纤维的热导率随温度升高而下降，平行于纤维方向是负值，而垂直于纤维方向是正值。碳纤维的比热容一般为7.12kJ/（kgK）。碳纤维的比电阻与纤维的类型有关。碳纤维在所有高性能纤维中具有最高的比强度和比模量。同钛、钢、铝等金属材料相比，碳纤维在物理性能上具有强度大、模量高、密度低、线膨胀系数小等特点，可以称为新材料之王。碳纤维除了具有一般碳素材料的特性外，其外形有显著的各向异性柔软，可加工成各种织物，又由于比重小，沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度、比模量综合指标，在现有结构材料中是最高的。碳纤维还具有极好的纤度，一般仅约为19g。在不接触空气和氧化剂时，碳纤维能够耐受3000以上的高温，具有突出的耐热性能，与其他材料相比，碳纤维要温度高于1500时强度才开始下降，而且温度越高，纤维强度越大。碳纤维的径向强度不如轴向强度。另外碳纤维还具有良好的耐低温性能，如在液氮温度下也不脆化。碳纤维的化学性质与碳相似，它除能被强氧化剂氧化外，对一般碱性是惰性的。在空气中温度高于400时则出现明显的氧化，生成CO与CO2。纤维对一般的有机溶剂、酸、碱都具有良好的耐腐蚀性，不溶不胀，耐蚀性出类拔萃，完全不存在生锈的问题。有学者在1981年将PAN基碳纤维浸泡在强碱氢氧化钠溶液中，时间已过去30多年，它仍保持纤维形态。但其耐冲击性较差，容易损伤，在强酸作用下发生氧化，碳纤维的电动势为正值，而铝合金的电动势为负值。当碳纤维复合材料与与铝合金组合应用时会发生金属碳化、渗碳及电化学腐蚀现象。因此，碳纤维在使用前须进行表面处理。碳纤维还有耐油、抗辐射、抗放射、吸收有毒气体和减速中子等特性。1.1.4 碳纤维与橡胶的界面粘接 为使两相能够很好地浸润，对纤维进行表面处理和用稀溶液浸渍是行之有效的方法。为使碳纤维与橡胶界面之间更好地粘接，碳纤维先用前处理剂作表面处理，然后再敷涂层。常用前处理剂列于表1.1。 表1.1 前处理剂 Table 1.1 Before the treatment 编号前处理剂的组成ABCDEFG5%聚二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液2%的水溶性环氧树脂环氧树脂与壬苯基聚氧化乙烯混合物的乳液丁二烯羧酸与表氯醇反应物的丙酮溶液六次甲基二异氰酸酯与二甘醇，再与表氯醇的反应产物苯氧基树脂的甲乙酮溶液5%热塑性橡胶的有机溶液常用的涂层多为间苯二酚-甲醛预聚制得的线型树脂乳液（RFL）。为改善与纤维、橡胶的粘接，有时需加入橡胶类高分子乳液（胶）。但是，由于使用条件不同，配方也有相当大的差异，以下介绍几种配方和使用方法。方法一：先用前处理剂A浸渍碳纤维，然后加热除去溶剂前处理后的碳纤维表面粘附2%（重量）的前处理剂A，之后用RFL浸渍，在220处理1分钟，再与橡胶复合实验结果表明，当间苯二酚（R）与甲醛（F）的摩尔比为1.5/l.0和RF/L（重量比）为1.0/l.5时，RFL附着量为18.0%（重量）粘接力为107kg/cm2，如果不浸涂RFL，粘接力仅为2.3kg/cm2，显然，浸涂效果十分显著2。方法二：先用5%环氧异氰酸酯的甲苯溶液浸渍碳纤维，在200下干燥1分钟，再用10%的橡胶糊涂层，在160下干燥2分钟，最后与橡胶复合。当加热到150以上时，活性环氧基开环，与其他活性基团反应，异氰酸酯基也可与其他环氧基反应而发生自身交联。特别是经过表面处理的碳纤维，表面具有羧基、羟基和内酯基等活性基团，与涂层的活性官能团发生化学键合，从而使彼此的粘接得到加强2。总之，涂层既能与纤维表面粘连，又能与基体橡胶粘合，从而使碳纤维橡胶复合材料成为完整的复合体。1.1.5 碳纤维表面处理的目的与作用纤维增强复合材料的性能，主要取决于增强纤维和基体材料以及两者之间的结合界面性能3。而界面结合性能受纤维与基体间的机械摩擦力和化学键结合力强弱的影响4。其中机械摩擦力与纤维的比表面积、表面形态等因素有关，化学键合作用力则与纤维和基体的化学活性以及二者的化学交互作用有关。碳纤维表面处理的目的就是为了增大纤维的比表面积，增强纤维表面的化学与物理活性。碳纤维表面处理的作用主要体现在以下几个方面：（1）清洁碳纤维表面，并防止弱界面层的生成。其中弱界面层包括：生产时吸附的杂质、脱模剂等；界面老化时形成的氧化层、水合物层等，与基体的不充分浸润而所束缚的空气层等。（2）去除最初弱连接的碳层，在纤维表面形成微孔和刻蚀沟槽，增大比表面积，产生适合于粘接的表面形态。从而在纤维、基体间产生抛锚效应，增强两者的物理聚合程度。（3）在碳纤维表面引进或嫁接具有极性或反应性的基团，增强表面活性，增大纤维和基体间的化学键合力5。1.1.6 碳纤维在橡胶制品中的应用（1）抗静电传送带。当碳纤维增强橡胶（CFRR）中含碳纤维量为10%左右时，可满足上述要求。这种CFRR制的传送带，可用于煤矿和其他防静电场所。同时，CFRR抗拉、耐磨，可延长传送带的使用寿命。（2）防静电鞋。胶鞋在行走时易产生静电，不适用于防静电场所。当用CFRR制作鞋底时，可消除静电。日本已研制出CFRR防静电鞋。它作为特种防静电劳动保护鞋，颇受工业界的欢迎。（3）防静电导辊。纺织工业用的导丝辊多为橡胶制品。在纺织过程中，纤维与导丝辊接触摩擦而产生静电，使纤维蓬松散乱，影响正常生产。用CFRR制成的导辊可克服上述弊端，同时，也可用于印染等工业。（4）高性能密封材料。橡胶是常用的密封材料，但因橡胶的强度，模量低和伸长率大，不宜在苛刻条件下、制作动密封用的密封件。CFRR的强度、模量、耐疲劳和导热性能都得到改善，密封用途扩大。（5）高性能耐磨材料。橡胶中加入碳纤维后，利用碳纤维的自润滑性、耐磨性和导热性，使CFRR的耐磨性能得到显著改善。例如，橡胶轮胎的胎面胶中加入碳纤维后，可提高使用寿命。CFRR还可制造优异的汽车刮水板、刹车制动材料等。（6）导电橡胶制品。利用CFRR的导电性、柔软性和生理亲和性，可制作医用特种导电制品，还可制作计算器、电子琴、电子玩具及家用电器的导电触点。（7）大面积发热体。由于CFRR具有一定的导电能力，可制作暖房的面状发热体、发酵容器的加热套、抛物型喇叭天线的防结冰装置及其他低温保温器。（8）特殊性能的软管CFRR具有抗静电性，可用来传送易燃易爆的气体和液体。它不仅可避免液体传送过程中因静电引起的事故，而且使用寿命长。（9）非磁性导线。碳纤维属于非磁性纤维，用它可制成非磁性导线，用于特殊场所。综上所述，碳纤维增强橡胶不仅是传统橡胶制品更新换代的新型复合材料，而且能赋予其新的性能，使其应用范围得到扩大特别是作为导电材料防静电材料和电磁屏蔽材料有着广泛的应用前景2。1.1.7 碳纤维导电复合材料的研究现状早在20世纪60年代，国际上就已经开始对导电复合材料进行研究，并在70年代中期就进行了工业化的生产和应用，发展速度异常迅猛。在美国，导电复合材料的需求量以每年20%30%的速度递增，从事这方面研究开发的机构也有200多家6。碳纤维增强橡胶，不仅赋予橡胶高的强度、高的韧性和耐磨性，而且可使柔性的橡胶具有不同程度的导电性，受到研究者的广泛重视，如日本已研制出碳纤维增强橡胶防静电胶鞋。它作为特种防静电劳保鞋，颇受工业界欢迎。用碳纤维增强橡胶制成的纺织用胶辊，克服了因静电而引起的纤维起毛，蓬松散乱等严重弊端。当碳纤维增强橡胶中碳纤维含量为15%30%时，可作为屏蔽电磁干扰的新材料，用于舰船通讯室、发报机壳、计算机壳等7。我国也将导电复合材料的研究列入了国家重点科技攻关项目和国家自然科学基金项目6。随着科学技术的发展，碳纤维制造生产工艺日趋成熟，碳纤维的成本下降，复合材料制造技术逐渐提高，碳纤维导电复合材料的研究也日益成为人们追逐的热点。1.2 丁苯橡胶1.2.1 概况丁苯橡胶是苯乙烯和丁二烯的共聚物。其物理机械性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。丁苯橡胶按聚合方法分类，可分为乳液聚合和溶聚两种。乳液聚合丁苯橡胶的合成技术是由德国I.G Farben公司1933年研究成功的。溶聚丁苯橡胶是60年代投入工业化生产的，由于这种胶具有较低的滚动阻力、较高的抗湿滑性和较好的综合性能，故发展较快。丁苯橡胶是一种产量最大的合成橡胶，据统计，1991年全世界总产量为7.55Mt，约占合成橡胶的55%，占全部橡胶的34%，其中大约有75%用于轮胎业。在各种丁苯橡胶中，低温乳聚丁苯橡胶产量最大。1.2.2 丁苯橡胶的成分丁苯橡胶中含有一些非橡胶烃成分，特别是乳液聚合的丁苯橡胶中非橡胶烃成分约占10%。按照HG4-1380-82标准规定，丁苯-1500中的非橡胶烃物质有松香酸、松香皂、防老剂D、灰分、挥发分。溶聚丁苯橡胶非橡胶烃成分较小，只含少量残留催化剂8。这些成分对于丁苯橡胶性能有一定影响。例如，松香酸的残存对硫化速度有一定的影响，这也是丁苯橡胶硫化速度比天然橡胶慢的原因之一，丁苯橡胶配合中可以不加硬脂酸，不过一般配合中仍加12份。1.2.3 丁苯橡胶的分类丁苯橡胶品种繁多，如按聚合方法、聚合温度、辅助单体含量及充填剂等的不同，丁苯橡胶简分为下列几类。（1）按聚合方法和条件分类可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚丁苯橡胶，乳聚丁苯橡胶开发历史悠久，生产和加工工艺成熟，应用广泛，其生产能力、产量和消耗量在丁苯橡胶中均占首位。溶聚丁苯橡胶是兼具多种综合性能的橡胶品种，其生产工艺与乳聚丁苯橡胶相比，具有装置适应能力强、胶种多样化、单体转化率高、排污量小、聚合助剂品种少等优点，是今后的发展方向。乳液聚丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，前者趋于淘汰8。（2）按填料品种分类可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶等。（3）按苯乙烯含量分类丁苯橡胶-10、丁苯橡胶-30、丁苯橡胶-50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），最常用的是丁苯橡胶-30。1.2.4 丁苯橡胶的性能丁苯橡胶是不饱和非极性炭链橡胶，与天然橡胶同属一类。因此，它具有这类橡胶的共性，但也有它自身的特性。物理机械性能：（1）具有较好的弹性。虽然丁苯橡胶的弹性低于天然橡胶，但在橡胶中仍属最好的。丁苯橡胶的分子柔性低于天然橡胶，因为丁苯橡胶的分子链上侧基是苯基及乙烯基，他们的摩尔体积大于分子链上有侧甲基的天然橡胶的摩尔体积。由于同样的原因，丁苯橡胶的大分子链不容易内旋转，内旋转位垒因此而增高8。（2）丁苯橡胶是非自补强橡胶。丁苯橡胶不能结晶，其未补强的硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、以及生胶的格林强度均远低于天然橡胶。（3）丁苯橡胶的耐磨性能优于天然橡胶。乳聚丁苯橡胶的耐磨性不如溶聚丁苯橡胶。（4）丁苯橡胶耐龟裂性能。它的耐起始龟裂性优于天然橡胶，但裂口增长比天然橡胶快。溶聚丁苯橡胶耐花纹沟龟裂性能比乳聚的好。（5）丁苯橡胶的抗湿滑性。丁苯橡胶对湿路面抓着力比顺丁橡胶大。溶聚丁苯橡胶的滚动阻力比乳聚丁苯橡胶低，且对湿路面的抓着力大于低温乳聚丁苯橡胶。（6）丁苯橡胶的电性能及介质性能。丁苯橡胶的耐溶剂性能及电性能与天然橡胶相近。只是因为它们都是非极性二烯类橡胶。化学性质：丁苯橡胶和天然橡胶一样均是不饱和非极性碳链橡胶，所以具有类似的化学反应性，即可以用硫磺硫化，不耐老化等共性。丁苯橡胶反应性略低，这主要是因为丁苯橡胶分子链的侧基为弱吸电子基团，天然橡胶分子链的侧基是推电子基团，前者对于双键的反应有钝化作用，后者有活化作用，其次，苯基体积较大，对于反应可能有位阻作用，丁苯橡胶中双键浓度比天然橡胶稍低。所以丁苯橡胶的化学反应活性比天然橡胶稍低，表现在硫化速度稍慢，耐老化性比天然橡胶稍好，其使用上限温度大约可以比天然橡胶高10208。1.2.5 丁苯橡胶的应用丁苯橡胶是一种消耗量最大的通用合成橡胶，应用广泛，除要求耐油、耐热、耐特种介质等特殊性能外的一般场合均可使用。丁苯橡胶主要应用在轮胎工业。在轮胎工业中，丁苯橡胶在轿车胎、小型拖拉机胎及摩托车胎中应用比例较大，而在载重胎及子午胎中的应用比例则较小。丁苯橡胶在无特殊要求的胶带、胶管中及一些工业制品中也获得了广泛的应用。例如，用于运输带的覆盖胶、输水管胶、胶鞋大底、胶辊、防水橡胶制品、胶布制品等。1.2.6 丁苯橡胶合成技术进展（1）乳聚丁苯橡胶的合成技术进展。ESBR的生产技术在20年代后期逐渐成熟，此后对工艺又进行了不断的改进，并朝着装置大型化方向发展，自动化控制水平有了明显的提高，并且己达到相当先进的水平。ESBR在提高聚合反应的单体转化率、节能降耗等方面取得了很大的进展，在解决ESBR滚动阻力与抗湿滑性能矛盾问题，优化产品性能，适应市场需求等方面也得到了突破性进展。美国Goodyear轮胎与橡胶公司不使用溶剂，用含有抗降解剂、金属失活剂，光敏剂，增效剂，颜料，催化剂和促进剂的官能化苯乙烯与含有2%3%离子表面活性剂和平共处0%70%增塑剂的丁二烯在025下进行乳液共聚，制得含有酰氨基的官能化ESBR。日本Zeon公司通过引入第三单体，开发出一种生热低且耐磨、可填充SiO2或炭黑、门尼粘度为10200的ESBR。日本JSR公司发明了一种用两步法聚合工艺生产中苯乙烯含量的ESBR新方法。美国Xerox公司通过将单体加入聚合釜，引发聚合，反应放热后用惰性气体净化反应器，并将聚合温度升到规定值的方法，制取了残余单体含量低的ESBR。日本三菱化成公司用自由基引发剂和常规乳液聚合助剂，用两步聚合工艺制成了结合苯乙烯含量分布范围宽、耐磨性和抗湿滑性比常规的ESBR好的新型ESBR。日本Lion公司用二元酸双酯作ESBR的软化剂，以改善胶料的低温抓着性。日本住友橡胶工业公司将接枝有硅烷偶联剂的SBR胶乳与一种化合物混合，通过溶胶凝胶化反应而制成一种高强度、高回弹率、低能耗的原位增强ESBR9。（2）国内外溶聚丁苯橡胶合成技术进展。20世纪50年代末期，美国Philips公司采用锂引发阴离子聚合成功地开发了SSBR。20世纪80年代初期，英国的Duniop公司和荷兰的Shell公司通过高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品。这标志着SSBR的生产技术己进入了新的阶段。中国SSBR的开发较晚。SSBR己经发展到了第三代，有的发达国家己经开始研究第四代乃至第五代SSBR。而中国的SSBR生产还停留在第一、二代之间，还有待于进一步的深入研究，开发新品种，增加技术含量。中国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能，此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl4偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油制得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发出了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中试放大，经200吨/年规模的中试验证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白10。1.2.7 丁苯橡胶的价格和消费状况1996年以来世界SBR价格持续下降，1999年下半年至2000年上半年SBR价格总体持续上扬，但受多种因素影响，中途涨跌起伏。2001年，受全球经济衰退的影响，OPEC全年一揽油平均价仅为23.12美元/桶，比2000年的27.6美元/桶下跌4.48美元/桶，原油价格的下跌导致上游原料苯乙烯、丁二烯价格下跌，从而使国际SBR市场因失去支撑而出现同步下滑。2002年由于油价的上升，带动了国际SBR价格的上扬。另外，世界SR供大于求、NR产量大量增加、东南亚金融危机的爆发、也是造成价格下降的原因11。1994至1995年，由于国际市场SR价格上扬，国内以轮胎加工业为代表的下游行业及相关产业迅速发展，SBR需求旺盛，市场异常活跃。此后，大量国外产品涌入中国，加上国内一些新建、改建装置相继投产，供应增加，形成了供大于求的局面，从而导致SBR价格滑落。随后中国开始经济结构性调整，市场萎缩，再加上东南亚金融危机、洪涝灾害的影响以及大量的库存量等原因。SBR的平均价格降至7600元/吨，1998年下半年，国家采取了加强海关监管，加大打击走私力度等措施，减少了SBR进口，同时，国家还出台了一系列拉动经济增长的措施，实行更加积极的财政政策，启动内需，大幅度地增加固定资产投资，工业增长速度有所提高，对SR工业产生了积极影响，SBR价格基本持稳，同时中国对进口的SBR进行了反倾销，并取得了成功，这在一定程度上经国内企业的发展创造了更大的市场空间。SBR的价格也一直高居不下，随着春节的日益临近，国内丁苯市场成交愈显清淡，由于预期需求将继续下降，贸易商及终端用户都没有表现出较高的采购兴趣，部分地区价格略有下滑。市场成交不旺，市场资源充裕，预计近期国内丁苯胶市场整体滑落，市场价格将稳步走低，部分贸易商认为春节过后，随着下游生产的恢复会出现一个采购高峰期，丁苯橡胶市场将视原料市场的振幅而展开调整，向上拉升将有阻力。但是丁苯市场供不足需的局面仍然主导着市场格局12。SBR是世界产耗量最大的SR品种，在SBR的世界消耗量中，约有75%用于轮胎和轮胎配件，近20年来，SBR的消费比例持续下降。这主要是原因子午胎的普及率增加。SBR在子午胎中的用量较少、其他胶种的增长较快、与NR的价格竞争激烈。世界SBR产能在450万吨/年左右，需求量在280万吨/年左右，产能严重过剩，装置平均开工率在58%左右。ESBR应用主要集中在汽车轮胎、胶管、胶带、制鞋业等领域。SSBR还处于开拓市场阶段，主要用于制鞋业，在轮胎中尚未正式使用13。随着汽车工业的发展，子午线轮胎将有较快的发展，而子午线轮胎主要用胶为SSBR。2000年子午线轮胎的生产能力达1.05亿条。2010年子午线轮胎产量将达1.77亿条。因此对兼有低滚动阻力和高抗湿滑性与耐磨性的第二代SSBR在轮胎制造中的需求量将进一步增加。在不同的国家和地区，SBR的消费结构不同。2002年1月至7月中国SBR消费量达31.5万吨比2001年同期增长25.8%，为近年来成长最快的时期，而同期国内SBR销量为19万吨，同比仅增长6.0%。远低于消费量增长，同时市场占有率也从2001年同期的71.8%下降到60.5%，为近年来最低。但是由于受外销和出口拉动，橡胶加工业增长加快、主要NR产胶国达成一致，减少产量，控制出口，加之受天气影响，东南亚NR产量减少，带动了SBR的消费14。1.2.8 丁苯橡胶的发展历史及前景20世纪50年代末期，美国Philips公司采用锂引发阴离子聚合成功地开发了溶聚丁苯橡胶（SSBR），并于1964年实现了工业化生产。SSBR的工业化生产通常使用烷基锂，主要是以丁基锂作为引发剂使用烷烃或环烷烃为溶剂，醇类为终止剂，四氢呋喃为无规剂。但由于SSBR的加工性能较差，其应用并没有得到较快的发展。70年代末期，对轮胎的要求越来越高，对橡胶的结构和性能也提出了更高的要求，加之聚合技术的进步，使SSBR得到较快的发展15。20世纪80年代初期，英国的Duniop公司和荷兰的Shell公司通过高分子设计技术共同开发了新的低滚动阻力型SSBR产品。日本合成橡胶公司与普利斯通公司共同开发了新型锡偶联SSBR等第二代SSBR产品，这标志着SSBR的生产技术己进入了新的阶段。2003年中国丁苯橡胶表观消费量为55.93万吨，与2002年基本持平，这并不意味着国内丁苯橡胶市场己经饱和，而是在多种条件下形成的一种表面现象。乳聚丁苯橡胶经过十几年来与溶聚丁苯橡胶的抗衡，证明仍具有较强的生命力。尤其是国外有些企业在提高乳聚丁苯橡胶的综合性能研究方面取得了突破性进展，如美国固特异公司20022003年在美国、欧洲、日本及中国公司公开的专利中提出，采用新的乳聚丁苯橡胶工艺制得的乳聚丁苯橡胶用于制备高性能轮胎优于溶聚丁苯橡胶16。北美地区2001年乳聚丁苯橡胶消耗量降低4.7%，但据IISRP预测，在未来几年内北美地区的乳聚丁苯橡胶消耗量有所恢复，将以年均1%的速率增长。据国际合成橡胶生产者协会预测，20002005年全球橡胶消费增长率为2.6%，到2005年全球橡胶总消费量将达到1741.6万吨。合成橡胶消费增长率预计为3.5%，到2005年消费量为941.5万吨，不包括TPE和羧基丁苯胶乳。预计合成胶消费增长最快的将是中国和独联体，分别为12.2%和5.8%。预计增长最快的胶种则是乙丙橡胶，增长率为3.7%，其次为丁苯橡胶。但从中国汽车、轮胎工业及其它橡胶加工业的发展情况来看，IISRP对中国合成橡胶消耗量的预测有些保守。据不完全统计，预计2005年中国将新增子午胎产能7000万条，国家正在实施的三峡工程、南水北调工程、西气东输工程及北京奥运会，总投资10000亿元，这将给工程胎及各种胶管、胶带带来巨大的潜在市场。此外，制鞋及其它橡胶制品应用领域对丁苯橡胶的需求量也将有较大增长，预计2005年丁苯橡胶需求量将达到63万64万吨，年均增长率5%以上。随着中国加入WTO，汽车进口关税降低，国内汽车工业及轮胎业将面临着更大的挑战，尤其是受世界经济不景气的影响，中国轮胎及橡胶制造业的出口难度加大，有可能导致SBR消费量增长速度减缓，但从长远来看，国内丁苯胶市场仍将保持较大比例的增长。同时，随着外资企业在中国投资规模的加大以及中国汽车工业及高速公路的发展，高性能轮胎的需求量将会逐步增加，尤其是费改税政策的实施，SSBR用于轮胎的节能、安全、舒适的特点将会愈加受到人们的关注和青睐。外资企业也会根据市场的需要在轮胎配方中使用SSBR，如大连固特异公司计划在5年内投资1.2亿美元将其子午胎生产能力由190万条扩能至530万条，扩能部分主要用于生产高性能轮胎。这样将使国内溶聚丁苯橡胶的需求量达到7万吨。总的发展趋势是溶聚丁苯橡胶将逐渐成为丁苯橡胶的发展重点。 2 实验部分2.1 实验原料及实验设备2.1.1 实验原料 本次实验所需的主要实验原料如表2.1所示。 表2.1 原料以及生产商家Table 2.1 Raw material and production businesses药品 生产厂家75%的浓硝酸 天津市大茂化学试剂厂 碳纤维 山东新泰碳纤维有限公司 丁苯橡胶 青岛华润橡塑有限公司 氧化锌 潍坊恒丰化工有限公司 促DM 青岛奥森化工有限公司 促TT 青岛奥森化工有限公司 防老剂D 青岛奥森化工有限公司 炭黑 天津市大茂化学试剂厂硬脂酸 天津市大茂化学试剂厂 硫磺 天津市大茂化学试剂厂2.1.2 实验设备 本次实验所需的主要实验设备如表2.2所示。 表2.2 实验设备、型号及生产厂商Table 2.2 Laboratory equipment, models and manufacturers设备名称型号生产厂商开放式炼胶机5X(S)K-160上海橡胶机械一厂电脑型无转子密闭型硫化仪MDR-2000上海登杰机器设备有限公司平板硫化机XCB-D3503502上海第一橡胶机械厂拉伸试验机JJ-1江都金刚机械厂邵尔A硬度计LX-A上海六中量仪厂高阻计ZC36上海精密科学仪器有限公司压片机CP-25上海化工机械四厂广角X射线衍射仪TD-3000丹东通达仪器有限公司2.2 实验工艺过程2.2.1 实验配方表2.3 基本配方Table 2.3 The basic formula 配合剂名称用量（份）丁苯橡胶 100炭黑 20氧化锌 3硬脂酸 1促DM 1.5促TT 0.3防老剂D 1硫磺 1.75碳纤维 变量2.2.2 实验工艺流程本次试验的工艺流程如图2.1所示。 丁苯橡胶 混炼碳纤维短碳纤维测试硫化曲线配合剂力学性能测试制样电学性能测试平板硫化仪硫化XRD 图2.1 实验工艺流程图 Figure 2.1 The diagram of experimental process2.2.4 碳纤维的处理液相氧化一般对碳纤维不会产生过度蚀刻。常用氧化剂有硝酸、硫酸、酸性过锰酸盐、酸性重铬酸盐、次氯酸盐、过氧化氢、过硫酸盐等。液相氧化的时间较长，因此适用于间歇表面处理和研究表面处理的机理。液相氧化剂中常用的是浓硝酸，硝酸对高强度和高模量碳纤维的表面处理效果不一致，对后者的处理效果要好于前者。液相氧化处理可消除纤维表面裂纹或使裂纹尖端钝化，提高其拉伸强度，但若处理时间过长，则深度氧化将使碳纤维表面产生刻蚀斑，导致拉伸强度逐渐下降，同时，碳纤维经液相氧化表面处理后，比表面积增大，表面含氧官能团的浓度增加17。本次实验用75%浓硝酸对碳纤维进行表面处理，将碳纤维在75%浓硝酸中放置90分钟后，取出用蒸馏水冲洗干净，最后烘干。2.2.5 碳纤维/丁苯橡胶复合材料的制备（1）用75%浓硝酸浸泡碳纤维，待90分钟后取出用蒸馏水清洗并烘干，将烘干的碳纤维剪成23mm；（2）按实验配方称量好药品；（3）橡胶的混炼。根据混炼工艺的加料顺序依次加入炼出胶料。加料顺序依次为：碳纤维、氧化锌、促DM、促TT、防老剂D、炭黑、硬脂酸、硫磺。混炼时间控制在1015min中内。混炼均匀后，将压延片层从旋转的辊筒上拉出，裁片，制样，（4）将混炼好的碳纤维/丁苯橡胶复合材料在室温下放置16h，再取样4g左右，最后用电脑型无转子密闭型硫化仪测硫化曲线，得出硫化时间；（5）将混炼好的碳纤维/丁苯橡胶复合材料在平板硫化机上硫化；（6）把硫化好的碳纤维/丁苯橡胶复合材料制成符合国家标准的试样待用。2.3 碳纤维/丁苯橡胶复合材料性能的测定2.3.1 力学性能的测试拉伸性能测试：冲片机上将硫化好的胶片制成如下图所示哑铃状标准试样，然后在拉力试验机上实验，测得拉伸强度，断裂伸长率，100%定伸强度，300%定伸强度。平行长度夹头间距图2.2 哑铃状试样的形状Figure 2.2 The specimen of dumbbell shape 撕裂性能测定：冲片机上将硫化好的胶片制成如下图所示的形状，在拉力实验机上测定力量最大值和撕裂强度。 图2.3 直角形试样Figure 2.3 The specimens of rectangular-shaped 硬度的测试：橡胶硬度值表示其抵抗外力压入及反抗变形的能力，其值的大小表示橡胶的软硬程度，其硬度的大小可以判定半成品的配炼质量及硫化程度，因而硬度作为混炼胶性能检测指标之一，同时可以间接了解橡胶的其他力学性能18。本实验采用邵氏硬度测试仪，每块胶分别测定三个试样，最后求取平均值。2.3.2 导电性能的测试 将硫化后的共混橡胶用切片机裁取直径为100cm，厚20.2mm的圆板试样，按说明ZC36型1017超高电阻10-14A微电流测试仪测得并用胶的电阻率。采用三电极系统测试材料的体积电阻（Rv）和表面电阻（Rs），可按下图接线。最后按相应公式计算材料体积电阻率和表面电阻率。 （式2.1） （式2.2） 式中：v被测试样体积电阻率（cm） Rv被测试样体积电阻（） S被测试样表面电阻率（） RS被测试样表面电阻（） d2 保护电极内径（5.4cm） d1测量电极内径（5cm） T被测试样平均厚度（cm） S测量电极的有效面积，本厂电极为21.237cm2 图2.4为测体积电阻率的接线图，图2.5为测表面电阻率的接线图。接低压端 接高压端被测试样 图2.4 测体积电阻率接线图 Figure 2.4 The wiring diagram of volume resistivity 接低压端被测试样 接高压端 图2.5 表面电阻率接线图Figure 2.5 The wiring diagram of surface resistivity 实验思路实验主要分三组进行，分组情况如下：第一组：炭黑20份，实验温度为室温，碳纤维为变量。第二组：不加碳纤维，实验温度为室温，炭黑为变量。第三组：不加碳纤维，炭黑20份，温度为变量。3 实验结果与分析3.1力学性能3.1.1 实验数据对碳纤维含量不同的复合材料进行力学性能测试，所得实验数据如表3.1所示。表3.1 碳纤维/SBR复合材料的力学性能Table 3.1 Mechanical properties of carbon fiber and SBR composite material样品 碳纤维 拉伸强度 100%定伸强度 300%定伸强度 断裂伸长率 撕裂强度 邵氏硬度编号 （份） （MPa） （MPa） （MPa） （%） （MPa） （HA）1 0 3.16 0.45 0.88 526.02 12.13 42.832 0.5 3.36 0.47 0.93 593.33 13.16 43.003 1.0 3.38 0.48 0.95 611.33 13.37 43.834 1.5 3.54 0.51 1.01 695.66 13.47 44.675 2.0 3.76 0.52 1.02 730.52 15.40 45.003.1.2 数据处理与分析（1）碳纤维的含量对碳纤维/丁苯橡胶复合材料的拉伸强度影响图3.1是不同含量的碳纤维改性丁苯橡胶复合材料拉伸强度实验数据图。从图3.1可以看出，碳纤维可以在一定程度上增强丁苯橡胶的拉伸强度。随着碳纤维含量的增加，碳纤维/丁苯橡胶复合材料的拉伸强度逐渐增加，与未添加碳纤维时测得的丁苯橡胶的拉伸强度相比，用2%的碳纤维改性丁苯橡胶，所制得的复合材料的拉伸强度提高了19%。因为在碳纤维增强丁苯橡胶复合材料体系中，是利用纤维的高强度来承受复合材料的主要应力，所以随着碳纤维含量的增加，SBR的任意界面上有更多数量的碳纤维承载，纤维的抽出或断裂，需要施加更大的载荷，因而提高了复合材料的拉伸强度。图 3.1 碳纤维含量对SBR复合材料拉伸强度的影响Figure 3.1 Effect of carbon fiber content on the tensile strength of SBR Composite material 图 3.2 碳纤维含量对SBR复合材料100%、300% 定伸应力的影响Figure 3.2 The influence of carbon fiber content on the 100%, 300% stretch stress of SBR composite material （2）碳纤维的含量对碳纤维/丁苯橡胶复合材料的定伸应力影响图3.2是不同含量的碳纤维改性丁苯橡胶复合材料100%、300% 定伸应力影响实验数据图。从图3.2可以看出，碳纤维可以在一定范围内增强丁苯橡胶复合材料100%，300%的定伸应力。随着碳纤维含量的增加，碳纤维/丁苯橡胶复合材料100%，300%的定伸应力逐渐增加，但它们的增长范围并不大，大体都在小于0.2范围内波动。随着碳纤维含量的增加，复合材料的界面上有更多数量的碳纤维承载主要应力，纤维的抽出或断裂，需要施加更大的载荷。反之，试样拉伸达到给定长度所需施加的单位截面积上的负荷量也越大，因而可以提高碳纤维/丁苯橡胶复合材料的定伸应力，但由于添加的碳纤维分散性有限，所以增加幅度不是很大。 图3.3 碳纤维含量对SBR复合材料断裂伸长率的影响Figure 3.3 Effect of carbon fiber contenton on fracture longation of SBR composite material（3）碳纤维的含量对碳纤维/丁苯橡胶复合材料的断裂伸长率的影响图3.3是不同含量的碳纤维对复合材料的断裂伸长率影响实验数据图。从图3.3可以看出，随着碳纤维含量的增加，碳纤维/丁苯橡胶复合材料的断裂伸长率逐渐增大。与未添加碳纤维时测得的丁苯橡胶的断裂伸长率相比，添加2的碳纤维增强丁苯橡胶制得的复合材料的断裂伸长率提高了39%。由于碳纤维的填充，增强了丁苯橡胶的强度，所以随着碳纤维含量的增加，试样在拉断时的位移值越来越大，断裂伸长率也就越来越大。图3.4 碳纤维含量对SBR复合材料撕裂强度的影响Figure 3.4 The influence of carbon fiber content on tear strength of SBR composite material 图3.5 碳纤维含量对SBR复合材料硬度的影响 Figure 3.5 Effect of carbon fiber content on the hardness of SBR Composite material （4）碳纤维的含量对碳纤维/丁苯橡胶复合材料的撕裂强度的影响图3.4是不同含量的碳纤维改性丁苯橡胶复合材料撕裂强度实验数据图。从图3.4 可以看出，碳纤维可以在一定程度上增强丁苯橡胶的撕裂强度。随着碳纤维含量的增加，复合材料的撕裂强度逐渐增加，与未添加碳纤维时测得的丁苯橡胶的撕裂强度相比，添加2%的碳纤维增强丁苯橡胶制得的复合材料的撕裂强度提高了27%。碳纤维/丁苯橡胶复合材料是利用碳纤维的高强度来承受复合材料的主要应力，所以随着碳纤维含量的增加，复合材料的界面上有更多数量的碳纤维承载，纤维的抽出或断裂，需要施加更大的载荷，因而提高了碳纤维增强丁苯橡胶复合材料的撕裂强度。（5）碳纤维的含量对碳纤维/丁苯橡胶复合材料硬度的影响图3.5 是不同含量的碳纤维改性丁苯橡胶复合材料硬度实验数据图。从图3.5可以看出，碳纤维可以在一定程度上增强丁苯橡胶复合材料的硬度。随着碳纤维含量的增加，碳纤维/丁苯橡胶复合材料的硬度逐渐增加。丁苯橡胶是不饱和非极性炭链橡胶，而它里面填充的炭黑结构度高，颗粒表面存在不同程度的极化基团，结构空隙可以吸附大量的碳纤维分子，在炭黑含量一定的前提下，随纤维含量的增加，这种密集程度也随之增加，硬度也就越来越大。3.2 电学性能3.2.1 实验数据表3.2碳纤维含量对导电性影响Table 3.2 The influence of carbon fiber content on the electrical conductivity 碳纤维含量 厚度 体积电阻 表面电阻 体积电阻率 表面电阻率 （份） （cm） （1014） （1013） （1014cm） （1015）1 0 2.79 1.17 8.5 8.9 6.92 0.5 2.73 0.64 5.3 5 4.33 1.0 2.75 0.45 3.6 3.5 2.94 1.5 2.75 0.36 2.8 2.8 2.35 2.0 2.74 0.32 2.3 2.5 1.9表3.3 炭黑含量对导电性的影响Table 3.3 The influence of carbon black content on the electrical conductivity 炭黑含量 厚度 体积电阻 表面电阻 体积电阻率 表面电阻率 （份） （cm） （1014 ） （1013） （1014cm） （1015）1 0 2.78 1.22 11 9.3 8.72 5 2.73 0.77 6.2 6 5.13 10 2.76 0.62 5 4.8 4.14 15 2.75 0.57 4.4 4.4 3.65 20 2.76 0.55 3.9 4.2 3.2表3.4 温度对导电性的影响Table 3.4 The influence of temperature on the electrical conductivity 温度 厚度 体积电阻 表面电阻 体积电阻率 表面电阻率 （） （cm） （104） （1013） （1014cm） （1015）1 20 2.75 1.00 7 7.7 5.72 30 2.78 1.17 10.9 8.9 8.93 40 2.74 0.94 8.9 8 7.34 50 2.76 0.83 7.4 7.3 65 60 2.75 0.78 5.8 6 4.73.2.2数据处理与分析（1）碳纤维含量对导电性的影响图3.6与图3.7 是不同含量的碳纤维对复合材料体积电阻率和表面电阻率的影响。从图3.6与图3.7可以看出，随着碳纤维含量的增加，复合材料的体积电阻率与表面电阻率大体呈下降趋势，剧烈下降后平缓下降最后稳定。丁苯橡胶是不饱和非极性炭链橡胶，而它里面填充的炭黑结构度高，颗粒表面存在不同程度的极化基团，结构空隙可以吸附大量的橡胶分子和碳纤维分子，在炭黑含量一定的前提下，随纤维含量的增加，这种密集程度也随之增加，电阻率迅速下降。而当碳纤维达到一定浓度后，碳纤维与炭黑间形成较紧密的塔接，即导电网络。再继续增加碳纤维含量时, 只是促使导电网络进一步完善, 对材料的导电性能影响减小，所以最后曲线变缓。图3.6 碳纤维含量对体积电阻率的影响Figure 3.6 The influence of carbon fiber content on the volume resistivity 图3.7 碳纤维含量对表面电阻率的影响Figure 3.7 The influence of carbon fiber content on surface resistivity（2）炭黑含量对导电性的影响从图3.8与图3.9可知，炭黑含量对复合材料导电性的影响大致与碳纤维含量对复合材料导电性的影响相同，但由于炭黑本身的导电性比碳纤维差得多，仅提高炭黑含量难以达到较低的电阻率值。3 图3.8 炭黑含量对体积电阻率的影响 Figure 3.8 The influence of carbon black content on the volume resistivity 图3.9 炭黑含量对表面电阻率的影响Figure 3.9 The influence of carbon black content on surface resistivity（3）温度对导电性的影响从图3.10与图3.11可知，电阻率随温度的升高先上升，然后逐渐下降。对于复合材料电阻率先随温度升高而升高，可能是由于温度升高使复合材料发生体积膨胀，使导电物质间的间隙增大所致。复合材料电阻率在达到最高值后又随温度升高而下降，可能是由于温度较高时影响炭黑和碳纤维中石墨结构的层间未定域电子，使其活动性增强，使易于导电的自由电子增加所致。 图3.10 温度对体积电阻率的影响Figure 3.10 The influence of temperature on the volume resistivity 图 3.11 温度对表面电阻率的影响Fi