導(dǎo)電高分子作為一種新興的功能材料，不僅應(yīng)用于高分子材料的抗靜電領(lǐng)域，而且在導(dǎo)電和電磁屏蔽方面得到了極大的應(yīng)用。碳黑填充超高分子量聚乙烯導(dǎo)電復(fù)合材料具有原材料來(lái)源廣泛、成型加工容易、電阻率可以大幅度調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，因而在生產(chǎn)生活中應(yīng)用較多。在前期工作的基礎(chǔ)上，研究了分散劑、抗氧劑、增韌劑、阻燃劑等助劑對(duì)碳黑/超高分子量聚乙烯（CB/UHMW-PE）導(dǎo)電復(fù)合材料電性能的影響，并賦予新材料一定的阻燃性能，制備了雙抗型的功能材料。采用均勻設(shè)計(jì)的方法對(duì)各種助劑的用量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到綜合性能較好的配方。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1原材料
導(dǎo)電CB，天津某碳黑公司；UHMW-PE,18G,北京石油助劑二廠；分散劑（乙撐雙硬脂酸酰胺）、增韌劑，青島某新材料有限公司；阻燃劑1010，市售。

1.2主要設(shè)備及儀器
雙輥開煉機(jī)，XSK—160型，上海橡塑機(jī)械廠；哈克轉(zhuǎn)矩流變儀，上海某橡塑設(shè)備有限公司；平板硫化機(jī)，XLB，山東東方管業(yè)有限公司電子拉力試驗(yàn)機(jī)，GT—TCS—2000，臺(tái)灣高鐵儀器有限公司；掃描電子顯微鏡，JSM—7500F，日本電子儀器公司（JEOL）；高阻計(jì)，PC68型，上海某儀器有限公司；四探針電導(dǎo)率測(cè)試儀，上海某儀器廠；氧指數(shù)測(cè)試儀，南京某分析儀器廠。

1.3式樣設(shè)備
將烘干后的超高分子量聚乙烯、導(dǎo)電碳黑以及各種助劑在130℃、轉(zhuǎn)速為50r/min的轉(zhuǎn)矩流變儀上混煉11min，其中碳黑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為13.4%。

1.4性能測(cè)試
電性能按標(biāo)準(zhǔn)GB1410—1978進(jìn)行測(cè)試。
拉伸強(qiáng)度與斷裂伸長(zhǎng)率GB1040—2006測(cè)試；沖擊強(qiáng)度按GB1043.1—2008測(cè)試。燃燒性能按GB2406.2—2008測(cè)試。

2結(jié)果討論

2.1分散劑用量對(duì)材料電性能影響
在CB/UHMW—PE復(fù)合材料中添加分散劑主要目的是使混煉過(guò)程中更容易，使碳黑分散更加均勻，有利于導(dǎo)電網(wǎng)鏈的形成。工業(yè)中分散劑的加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)通常為2%—6%。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)為散劑的加入?yún)s是有助于降低體系的體積電阻率，已經(jīng)達(dá)到煤炭部MT558.1—2005的電阻率要求。在分散劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2%之前，體系的體積電阻率是降低的；隨分散劑用量增加，有小幅回升，然后穩(wěn)定在6.7Ω*cm左右。此時(shí)分散劑的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

2.2抗氧劑用量對(duì)材料電性能影響
為緩解材料發(fā)生氧化降解或紫外線降解的速度，增強(qiáng)復(fù)合材料的穩(wěn)定性，通過(guò)改變抗氧劑的用量研究了其對(duì)材料電性能的影響。由試驗(yàn)得知，隨著抗氧劑的加入體系的體積電阻率也隨之降低。抗氧劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)維持在1.5%即可。

2.3增韌劑的用量對(duì)材料電性能影響
隨著復(fù)合超高分子量聚乙烯新材料中CB含量的增加，材料的拉伸斷裂率下降劇烈，表現(xiàn)為硬而脆的斷裂方式。賦予新材料韌性，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍就變成一種必然。加入的增韌劑為馬來(lái)酸酐接支聚乙烯（PE—g—MAH），結(jié)果由試驗(yàn)得知，隨著增韌劑的增加，材料有半導(dǎo)體狀態(tài)回歸到絕緣狀態(tài)。這說(shuō)明這種增韌劑在提高界面黏結(jié)的同時(shí)，阻礙了碳黑的分散，犧牲了材料的電學(xué)性能。因此需要減少增韌劑的用量或者改換新的增韌劑。

2.4阻燃劑用量對(duì)材料電性能影響
純聚乙烯材料極易燃燒，而且容易滴落引起新的燃燒，常用的阻燃劑為鹵素類阻燃劑。所選定的阻燃劑為十溴二苯乙烷和三氧化二銻，試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著阻燃劑的加入，體系的體積電阻率隨之降低，對(duì)電學(xué)性能起正作用。在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的阻燃劑后，體系的電阻率降到106Ω*cm。根據(jù)阻燃效果和力學(xué)性能測(cè)試之后可確定阻燃劑的最佳用量。

2.5均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化體系配方
（1）綜合考慮以上各種因素的影響，采用均勻設(shè)計(jì)的方法，優(yōu)化復(fù)合超高分子量聚乙烯材料的各助劑配比，研究對(duì)復(fù)合超高分子量聚乙烯電性能的影響，期望找出電性能、力學(xué)性能和阻燃性能較好的樣品。
   山東東方管業(yè)有限公司對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，與基礎(chǔ)配方相比，經(jīng)過(guò)技術(shù)人員均勻設(shè)計(jì)配方的拉伸強(qiáng)度較低，都低于純超高分子量聚乙烯樣品。但均勻設(shè)計(jì)配方斷裂伸長(zhǎng)率相差不大，都在20%—50%相比于純超高分子量聚乙烯的（600%）而言，增韌效果不很明顯，有必要改進(jìn)增韌配方。
（2）對(duì)這些基礎(chǔ)配方、均勻設(shè)計(jì)配方分別進(jìn)行了燃燒測(cè)試，得到結(jié)果：基礎(chǔ)配方加入CB（碳黑）后有一定阻燃效果，在測(cè)試中沒有發(fā)生滴落現(xiàn)象，但是燃燒速度很快，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到阻燃效果。而均勻設(shè)計(jì)配方氧指數(shù)高，達(dá)到23.5%（這也與阻燃劑的用量有關(guān)），測(cè)試中試樣安靜燃燒，無(wú)滴落，燃燒速度較為緩慢，但是還是低于氧指數(shù)26.0%的要求，有待改進(jìn)。
綜合考慮電性能、力學(xué)性能和燃燒性能，均勻設(shè)計(jì)配方其體積電阻率為6Ω*cm，拉伸強(qiáng)度居中，阻燃性能良好，但是從預(yù)期目的來(lái)看，還需要改進(jìn)。

3結(jié)論
（1） 分散劑�？寡鮿�、阻燃劑對(duì)CB/UHMW—PE材料電性能起正作用，增韌劑起反作用。
（2） 運(yùn)用均勻設(shè)計(jì)的方法，得到較好的配方，具有較好的性能。
（3） 增韌劑、阻燃劑的選用以及碳黑的分散方面還有待改進(jìn)。

參考：現(xiàn)代塑料加工與應(yīng)用