多壁碳纳米管填充聚丙烯导热复合材料研制及其性能试验

发布时间：2017-08-15 00:25

  本文关键词：多壁碳纳米管填充聚丙烯导热复合材料研制及其性能试验

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【摘要】：碳系填料配制导热高分子材料广受青睐,但当前该类复合材料热导率依然偏低,热学性能和力学性能亦有待改善,难以适应当前众多领域对高性能导热材料的迫切需求。据此,提出利用MWNTs(多壁碳纳米管)填充PP(聚丙烯)基体材料配制新型导热复合材料,以热导率为主要指标优化两者配比,以此为基础,添加其他材料及工艺进一步研制高性能导热复合材料,结合现有新型混合加工设备及先进测试仪器,按不同配方制备测试样条并对其热学性能及力学性能进行试验研究,利用对比方法探索最佳配方配比及工艺。主要研究内容及工作如下:1.设计MWNTs填充PP配方及工艺研制PP/MWNTs导热复合材料,利用新型非对称同向双螺杆挤出机造粒后,制备试验样条并测定相关性能指标,对比两者配比对热学性能(热导率、热失重及其热失重率、熔体流动速率)和力学性能(拉伸强度、冲击强度)的影响曲线,结合材料断面微观形貌对不同配比材料所产生的影响进行分析,在配方设计范围内获得了最高热导率为0.573W/(m·K)的最佳配比导热复合材料,较纯PP提升了123%。2.以上述最佳配比为基础制备KPEG(膨胀前石墨)和MWNTs混合填料填充至PP研制PP/KPEG/MWNTs导热复合材料,保持填充总量不变,试验研究不同配比下材料的各项性能,热导率可提升至1.101 W/(m·K),较PP/MWNTS提升了92%;再将KPEG分别置于温度为800°和900°马弗炉中膨胀生成EG(膨胀后石墨)制备EG/MWNTs混合填料填充至PP研制PP/EG/MWNTs导热复合材料,结合试验对比研究了两种温控条件所研制PP/EG/MWNTs复合材料的各项性能,热导率最高达1.51W/(m·K),较PP/KPEG/MWNTs提升了37%,根据断面微观形貌分析了热导率提升的原因。3.分别采用直链淀粉和β-环糊精两种多糖填料功能化PP/KPEG/MWNTs复合材料,对比分析了两种填料对原复合材料热学性能和力学性能的影响,根据试验可知KPEG虽未经高温膨胀,但添加该两种多糖填料后所制备复合材料的热导率仍然分别可达1.387 W/(m·K)和1.420 W/(m·K),较PP/KPEG/MWNTs分别提升了26%和29%,结合断面微观形貌对多糖功能化PP/KPEG/MWNTs热导率提升现象进行了分析。总之,本文在充分考虑MWNTs和PP材料特性基础上,结合不同填料配方设计和工艺方法进行研究,根据试验数据不断层层改进和探索分析,所研制的新型导热复合材料热导率得到大幅度提升,最高可达1.51W/(m·K),较纯PP提升了487.5%,该研究成果从一定程度上突破了传统导热高分子材料导热性能的限制,将其应用于所需领域亦具有重要的现实意义。
【关键词】：多壁碳纳米管 可膨胀石墨 导热复合材料 热导率
【学位授予单位】：五邑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ325.14;TB33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 引言10-11
• 1.2 碳纳米管概述及其导热复合材料研究进展11-13
• 1.2.1 CNTs概述11-12
• 1.2.2 CNTs导热复合材料的研究进展12-13
• 1.3 CNTs复合材料制备方法13-14
• 1.4 影响CNTs复合材料导热因素14-17
• 1.5 研究目的及意义17
• 1.6 主要研究内容17-19
• 第二章 PP/MWNTs导热复合材料制备及其性能试验19-31
• 2.1 PP/MWNTs导热复合材料的制备19-20
• 2.2 试验设备与测试方法20-24
• 2.2.1 试验设备20-22
• 2.2.2 测试方法22-24
• 2.3 结果与讨论24-30
• 2.3.1 热导率影响24-25
• 2.3.2 力学性能影响25-26
• 2.3.3 热稳定性能影响26-28
• 2.3.4 加工流动性能影响28-29
• 2.3.5 材料断面微观形貌分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 PP/KPEG/MWNTs导热复合材料制备及性能试验31-40
• 3.1 PP/KPEG/MWNTs导热复合材料制备31-32
• 3.2 结果与讨论32-38
• 3.2.1 加工性能影响32-33
• 3.2.2 热导率影响33-34
• 3.2.3 力学性能影响34-36
• 3.2.4 热稳定性能影响36-37
• 3.2.5 材料断面微观形貌分析37-38
• 3.3 本章小结38-40
• 第四章 MWNTs膨胀插层EG对PP/EG/MWNTs导热复合材料影响试验40-50
• 4.1 PP/EG/MWNTs导热复合材料制备40-41
• 4.2 结果与讨论41-48
• 4.2.1 加工性能影响41-42
• 4.2.2 热导率影响42-43
• 4.2.3 力学性能影响43-45
• 4.2.4 热稳定性能影响45-46
• 4.2.5 膨胀前后组合填料微观形貌分析46-47
• 4.2.6 材料断面微观形貌分析47-48
• 4.3 本章小结48-50
• 第五章 直链淀粉和环糊精对PP/KPEG/MWNTs导热复合材料性能影响试验50-59
• 5.1 PP/KPEG/MWNTs导热复合材料的制备50-51
• 5.2 结果与讨论51-58
• 5.2.1 热导率影响51-52
• 5.2.2 力学性能影响52-54
• 5.2.3 热稳定性能影响54-56
• 5.2.4 材料断面微观形貌分析56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论与展望59-61
• 1.结论59-60
• 2.展望60-61
• 参考文献61-66
• 攻读硕士学位期间发表论文66-67
• 致谢67

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本文编号：675479