Elektrische und rheologische Perkolation in Polystyrol/MWCNT-Nanokompositen

Eine systematische elektrische und rheologische Charakterisierung der Perkolation in kommerziellen polydispersen Polystyrol (PS)-Nanokompositen, die mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) enthalten, wird vorgestellt. Die MWCNTs verleihen diesen Nanokompositen bei einer Konzentration von 8 Vol. % erhebliche elektrische Leitfähigkeiten (bis zu ca. 1 S/m). Neben der Verbesserung der elektrischen Eigenschaften verbessern MWCNTs auch die rheologischen Eigenschaften von PS-Schmelzen erheblich, selbst bei geringen Konzentrationen (ca. 2 Vol. %). Bei Konzentrationen über 2 Vol. % erscheint ein Plateau im Speichermodul G' bei niedrigen Frequenzen, was auf die Bildung eines perkolierten MWCNT-Netzwerks hinweist, das über lange Zeiträume elastisch reagiert. Die Netzwerkbildung impliziert wiederum eine divergierende komplexe Viskositäts- vs. komplexe Modulkurve. Ein Schwerpunkt dieser Studie liegt auf der Korrelation zwischen elektrischen und rheologischen Eigenschaften zu Beginn der Perkolation. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass der elastische Lasttransfer und die elektrische Leitfähigkeit viel empfindlicher auf den Beginn der Perkolation reagieren als die viskose Dissipation im Nanokomposit. Die Sensitivität der elektrischen und rheologischen Perkolationen gegenüber zwei unterschiedlichen Lösungsmitteln, die bei der Verarbeitung der Nanokomposite verwendet werden, wurde ebenfalls charakterisiert.