多壁碳纳米管改性聚合物复合材料的分散方法与性能研究

发布时间：2020-06-29 12:17

【摘要】：聚合物/碳纳米管复合材料具有独特的一维纳米管分散微结构,表现出比纯聚合物更好的力学性能、电学性能和热学性能等,在诸多领域具有广泛的应用前景。然而,碳纳米管在聚合物中的分散和复合方法研究仍处于不成熟阶段,诸多相关问题有待解决,导致碳纳米管/聚合物复合材料的工业化生产遇到瓶颈。本课题针对碳纳米管/聚合物复合材料中的分散和性能等问题,以碳纳米管在聚合物中的分散及其聚合物复合材料的性能作为主要研究对象,制备了聚苯乙烯/碳纳米管复合材料和聚丙烯/碳纳米管复合材料,并分析表征了所制备材料的结构与性能。首先,采用了溶液法和熔融法两种共混方法,进行了聚苯乙烯/碳纳米管复合材料的制备方法、微观结构表征以及力学性能等方面的研究,利用电镜分析、接触角、冲击强度、电导率等对复合材料试验进行了表征。结果表明碳纳米管在低含量2%和4%时能在复合材料中较好分散,高含量时则团聚现象明显,反而影响材料力学性能;冲击强度表征显示碳纳米管能改善复合材料的韧性,复合材料的冲击强度随碳纳米管含量增加呈现先增加后减小的趋势,4%聚苯乙烯/碳纳米管复合材料的冲击强度相比于纯聚苯乙烯上升了27.9%;电导率表征显示复合材料的导电性随碳纳米管含量的提高不断增强,当碳纳米管含量为10%时,复合材料的电导率可达10~(-4)~10~(-3)S/cm;接触角测试显示随着碳纳米管在复合材料中含量的增加,复合材料界面的接触角增大,材料的亲水性能变弱。其次,将碳纳米管进行了碱化处理、羟基化改性、氧化处理、酯化改性、酸化改性等化学改性,表征了改性前后碳纳米管的性能和分散情况,红外光谱和XRD谱图显示碳纳米管的结构得到改善,碳纳米管特征峰增强,自由沉降实验表明碳纳米管改性后在四氯化碳和二氯甲烷中的分散性得到提高。最后,选取了具有应用前景的熔融密炼法,制备了聚丙烯/碳纳米管复合材料,结果表明碳纳米管增韧聚丙烯可以使复合材料的弯曲强度从46.6 MPa提高到72.7 MPa,DSC和TG测试表明碳纳米管加入材料的热稳定性能得到提高,哈克旋转流变仪测试表明碳纳米管加入后熔体的储能模量G’,损耗模量G’’和粘度η*都增加,材料流变性能变差。碳纳米管经过双氧水改性后,再与聚丙烯复合可以改善复合材料的流变性能。
【学位授予单位】：武汉纺织大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB332;TQ340.64
【图文】：

电弧法,工艺装置,体热

图 1.1 电弧法工艺装置Figure 1.1Arc process equipment体热解法沉积法[19]，也称为烃气体热解，是用于制备碳纳米管的常用方法有一定历史，也是一种使用频率比较高的方法。碳氢气体热解主

示意图,熔融法,碳纳米管,聚苯乙烯

图 2.1 熔融法制备聚苯乙烯/碳纳米管材料示意图ematic Diagram of Polystyrene/Carbon Nanotubes Material Prepared by表征流动速率表征

【参考文献】