碳纳米管表面粗糙度对聚芳醚腈复合材料性能的研究

发布时间：2017-08-13 12:03

  本文关键词：碳纳米管表面粗糙度对聚芳醚腈复合材料性能的研究

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【摘要】：碳纳米管(CNT)以其优异的物理和化学性能,在物理、材料、机械、生物等领域受到了广泛的关注。碳纳米管作为增强体添加到聚合物基体中,能够进一步提高复合材料的功能,扩展了复合材料在电子器件、生物传感器、光电信息材料和航空航天材料等方面的广泛应用前景。聚芳醚腈(PEN)作为一种新型的高性能热塑性特种高分子材料,拥有高的热稳定性、优良的机械性能和良好的化学惰性,它的出现促进了高分子向高性能化、功能化和低成本化方向的发展。集两者优势于一体的CNT/PEN复合材料在维持高的热稳定性、优良的机械性能的同时,还弥补了PEN介电性能方面的劣势,有望在电子电气器件、航空航天、汽车配件等领域发挥作用。本论文重点研究碳纳米管表面粗超度及其表面改性对CNT/PEN复合材料性能的影响,以制备综合性能优越的CNT/PEN复合材料,具体研究内容如下:(1)首先通过酸化氧化处理制备不同酸化时间处理的CNT,利用原子力显微镜表征酸化后的CNT表面粗糙度。结果表明酸化氧化处理时间不仅对CNT管壁外的基团数量、种类有影响,同时还对碳纳米管的长径比有影响。CNT管壁的基团种类、数量和长径比,终将会影响其在基体PEN中的分布,进而对复合材料界面相容性产生影响。制备MWCNT/PEN复合材料,从介电、热稳定、力学、流变等方面研究了CNT粗糙度对复合材料的影响。综合比较酸化氧化后的碳纳米管对复合材料性能的影响,我们确定了优化的酸化氧化处理时间为3h。(2)通过有机相3-氨基苯氧基邻苯二甲腈(3-APN)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行修饰,并以其为添加剂制备3-APN@MWCNTs/PEN复合材料。通过研究表明,MWCNTs在基体PEN中的分散性有很大程度的提升,复合材料界面相容性得到改善,在维持原有良好热力学性质的基础上,在介电、力学等性能都得到进一步提高,5 wt%(50 Hz)时其介电常数可以达到32.2,介电损耗为0.9。(3)通过无机相二氧化硅(Si O2)对MWCNTs进行修饰,并以其为添加剂制备Si O2@MWCNTs/PEN复合材料。通过研究表明,MWCNTs在基体PEN中的分散性有很大程度的提升,复合材料界面相容性得到改善,在维持原有良好热力学性质的基础上,在介电、力学等性能都得到进一步提高,其力学拉伸强度和弹性模量可达125 MPa和2950 MPa。
【关键词】：多壁碳纳米管 表面粗糙度 碳纳米管/聚芳醚腈复合材料 界面相容性
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 MWCNTs复合材料概述10-15
• 1.1.1 MWCNTs增强聚合物基复合材料的发展10-11
• 1.1.2 MWCNTs增强聚合物基复合材料的制备方法11-14
• 1.1.3 MWCNTs增强聚合物基复合材料的研究意义及应用前景14-15
• 1.2 碳纳米管/聚芳醚腈复合材料15-17
• 1.2.1 聚芳醚腈简介15-16
• 1.2.2 碳纳米管/聚芳醚腈复合材料的特性16-17
• 1.3 本课题提出的背景、目的及主要内容17-20
• 第二章 酸化MWCNTs/PEN复合材料的制备与性能研究20-35
• 2.1 实验部分20-24
• 2.1.1 主要原料20
• 2.1.2 不同酸化氧化时间MWCNTs的制备20-21
• 2.1.3 MWCNTs/PEN复合材料的制备21-22
• 2.1.4 表征测试22-24
• 2.2 结果与讨论24-33
• 2.2.1 AFM表征24-25
• 2.2.2 结构与形貌表征25-28
• 2.2.3 性能研究28-33
• 2.3 本章小结33-35
• 第三章 3-APN@MWCNTs/PEN复合材料的制备与性能研究35-47
• 3.1 实验部分35-38
• 3.1.1 主要原料35-36
• 3.1.2 3-APN@MWCNTs的制备36
• 3.1.3 3-APN@MWCNTs/PEN复合材料的制备36
• 3.1.4 表征测试36-38
• 3.2 结果与讨论38-45
• 3.2.1 3-APN@MWCNTs的结构与形貌表征38-40
• 3.2.2 性能研究40-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第四章 SiO_2@MWCNTs/PEN复合材料的制备与性能的研究47-59
• 4.1 实验部分47-50
• 4.1.1 主要原料47-48
• 4.1.2 SiO_2@MWCNTs的制备48
• 4.1.3 SiO_2@MWCNTs/PEN复合材料的制备48-49
• 4.1.4 表征测试49-50
• 4.2 结果与讨论50-57
• 4.2.1 结构与形貌表征50-53
• 4.2.2 性能研究53-57
• 4.3 本章小结57-59
• 第五章 结论59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 攻读硕士期间的研究成果68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 赵元旭;李安;冯跃战;王波;刘春太;;短多壁碳纳米管/聚碳酸酯复合材料的制备与性能[J];现代塑料加工应用;2015年05期

2 钟家春;孟凡斌;刘孝波;;热处理对聚芳醚腈/玻璃纤维复合材料性能的影响[J];工程塑料应用;2009年10期

3 吴锋;徐斌;;碳纳米管在超级电容器中的应用研究进展[J];新型炭材料;2006年02期

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中国博士学位论文全文数据库 前2条

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2 周桢;聚合物/多壁碳纳米管复合材料结构与性能的研究[D];上海交通大学;2007年

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本文编号：667161