碳纳米管/聚丙烯复合材料的制备与研究

在制备碳纳米管/聚丙烯复合材料的过程当中,碳纳米管难以均匀的分散在聚丙烯基体中。要解决碳纳米管的分散性就需要对碳纳米管进行必要的修饰。基于此背景,本论文首先对碳纳米管进行了表面修饰,然后选择马来酸酐接枝聚丙烯（MAH-PP）作为聚合物基体,制备了碳纳米管/聚丙烯复合材料,研究了碳纳米管/聚丙烯复合材料的结晶行为。碳纳米管在聚丙烯复合材料中能起到异相成核作用,促使晶粒细化。     

不同工况下碳纳米管/聚丙烯复合材料摩擦性能研究

利用微型双螺杆挤出机熔融共混注射成型碳纳米管/聚丙烯复合材料。通过刻蚀冲击断面来观察碳纳米管在聚丙烯基体中的分散状态。用摩擦磨损试验机研究了碳纳米管/聚丙烯复合材料在干摩擦、水润滑工况下的摩擦行为;利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)观察了磨损形貌;利用光学表面形貌扫描仪测试摩擦表面微观形貌参数。结果表明,通过熔融共混的方法,可以使碳纳米管较好地分散在聚丙烯基体中。在本实验范围内,加入碳纳米管后的复合材料比纯聚丙烯有更低的摩擦因数,在载荷为50 N,碳纳米管加入量为1.4%的复合材料的摩擦因数为0.473 3,比纯聚丙烯降低了17%。复合材料在干摩擦工况下的摩擦因数较高,而在水润滑工况下的磨损率较高,碳纳米管加入量为1.8%的复合材料在50 N水润滑工况下的摩擦因数为0.251 1,比干摩擦工况降低了85.2%,而磨损率增加了188.5%。添加碳纳米管的聚丙烯复合材料在干摩擦工况下具有更好的减摩性。     

酸化多壁碳纳米管/水性聚氨酯复合材料的制备与性能研究

采用混酸对多壁碳纳米管进行表面处理,通过共混法制备出酸化多壁碳纳米管/水性聚氨酯(WPU)复合材料。通过FT-IR,拉曼光谱,SEM表征了多壁碳纳米管酸化前后的结构,通过TGA、拉力测试以及SEM研究了复合材料的热性能、力学性能和微观结构。结果显示,多壁碳纳米管通过混酸处理后表面羧基化,管壁卷曲程度降低。与纯WPU相比,当添加量为1.5%时,复合材料的断裂伸长率增加29%,当添加量在2%时,复合材料的拉伸强度增加169%,酸化碳纳米管在聚氨酯(PU)基体中均匀分散。酸化碳纳米管的添加显著提高了复合材料的热稳定性和导电性。     

碳纳米管改性涂层复合材料的制备设计及性能研究

为了解决碳纳米管容易团聚且在聚合物基体中分散性差等问题，利用偶联剂将碳纳米管进行功能化处理，使得碳纳米管均匀地分散在水性环氧树脂中并形成一种理想的两相界面，充分发挥碳纳米管的优异性能，制备出一种性能优异的复合防腐涂层，并深入探究了其复合材料的力学特性、疏水性等。研究结果表明：通过傅里叶变换红外光谱和X射线衍射光谱仪分析，证实碳纳米管表面和偶联剂发生了化学反应，成功接枝；改性前当碳纳米管添加浓度达到5%时，开始发生明显团聚，而改性后分散效果明显提升，添加浓度在9%时才开始出现团聚；改性后碳纳米管对复合材料的附着力明显提升，优于未改性碳纳米管复合材料，但添加量不宜过大；改性对复合材料涂层的硬度没有削弱，复合材料涂层依然保持良好的力学性能。总之，改性碳纳米管添加到复合涂层中可以有效改善其综合性能，但添加量不宜超过9%。     

水性聚氨酯/十二烷基苯磺酸钠修饰多壁碳纳米管复合材料的制备与表征

以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)修饰多壁碳纳米管(MWNTs)得到MWNTs-SDBS,采用溶液共混法,制备出水性聚氨酯/SDBS修饰多壁碳纳米管复合材料。探讨了MWNTs-SDBS含量对复合材料力学性能、热性能和电性能的影响及复合材料的微观结构。结果表明:碳纳米管在水性聚氨酯中分散均匀,明显提高了水性聚氨酯的力学性能和导电性。与纯水性聚氨酯相比,当MWNTs-SDBS含量为0.3%时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高9%和29%;当其含量为0.9%时,复合材料的电阻率提高接近9个数量级。此外,添加碳纳米管降低了聚氨酯软段的结晶性能。     

大分子增容剂对聚丙烯/碳纳米管复合材料性能的影响

以马来酸酐接枝聚丙烯(MAH-PP)为大分子增容剂,采用熔融共混法制备了聚丙烯/羟基化多壁碳纳米管(PP/HO-MWNTs)纳米复合材料,并研究了MAH-PP对PP/HO-MWNTs复合材料力学性能及微观结构的影响。结果表明:在PP中添加HO-MWNTs,可以提高PP的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度,但材料的断裂伸长率有所下降。而随着MAH-PP的引入,PP/HO-MWNTs复合材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度均逐渐提升。     

功能化碳纳米管改性制备高强度环氧树脂复合材料

采取高弹性、高强度的碳纳米管材料对环氧树脂进行改性,羧基和环氧基功能化法对碳纳米管进行改性,通过共混法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料,对其力学性能的影响因素进行分析,并进行微观形貌分析。实验结果表明:添加碳纳米管的环氧树脂复合材料较未添加的环氧树脂力学性能均有明显提升,三种样品中,E-M60/EP的增韧效果最好,冲击强度、弯曲强度、拉伸强度和断裂伸长率分别为26.1 kJ/m~2、127.2 MPa、48.6 MPa和8.2%,较未添加前分别提升了75.2%、35.0%、176%和1 950%。当添加量为0.6%以下时,小粒径的碳纳米管更有利于提升材料力学性能,C-M20/EP的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度较未添加的环氧树脂分别提升了62.4%、32.7%和144%。当添加量为0.6%～1.0%时大粒径的碳纳米管改善效果更好,C-M60/EP的冲击强度、弯曲强度和拉伸强度分别提升了67.8%、34.3%和172%。     

PP/PLA/CaCO_3复合材料的制备与性能研究

以聚丙烯(PP)为基体,聚乳酸(PLA)和纳米碳酸钙(CaCO_3)为增韧、增强组分,利用熔融共混制得PP/PLA/CaCO_3复合材料,通过对复合材料力学性能、耐热性能、流变性能与结晶形态的表征,研究了PLA和纳米CaCO_3对复合材料性能的影响及其机理。结果表明,当PP与PLA共混时,形成连续空间网络结构PLA有助于改善PP的性能,PLA质量分数为20%时综合力学性能最佳,与纯PP相比,PP/PLA复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度分别提高5. 14%和54. 35%,断裂伸长率降低62. 47%。向PP基体中引入的纳米CaCO_3通过"滚珠增韧"和"异相成核"作用明显改善复合材料力学性能,纳米CaCO_3质量分数为15%时,在PP/PLA中均匀分散产生的晶粒细化作用效果最为显著,PP/PLA/CaCO_3复合材料的综合力学性能达到最佳,拉伸强度、断裂伸长率和缺口冲击强度分别比未添加CaCO_3时提高了15. 23%、2. 67%和5. 63%。     

碳纳米管对聚丙烯/聚乙烯合金的黏弹性及力学性能的影响

将多壁碳纳米管(MWCNT)添加到聚丙烯(PP)/线型低密度聚乙烯(LLDPE)合金材料中,采用旋转流变仪测试了样品的动态流变性能,采用热分析、扫描电子显微镜和万能试验机测试复合材料的耐热性和力学性能。结果表明,对于PP/LLDPE合金材料,少量MWCNT的加入不会显著增加复合材料的黏度,复合材料基体的松弛时间不受碳纳米管的影响,当MWCNT加入量超过3%时,局部团聚的碳纳米管会出现一定的相分离行为,MWCNT团聚使局部的分子链运动受限,但总体上还是典型的均相材料。碳纳米管的加入能有效提高PP/LLDPE复合材料的耐热性,当MWCNT的质量分数达到5%时,热失重起始温度升高90℃。加入MWCNT后,LLDPE的分散尺寸减小,相界面的面积增加,通过在冲击时发生相分离和变形吸收能量,在加入3%MWCNT时,冲击强度提高24%,达到20.5 k J/m~2。     

功能化碳纳米管/炭黑复合橡胶性能研究

表面活性剂十二烷基苯磺酸钠对碳纳米管进行非共价键改性包覆,研究功能化碳纳米管与炭黑复合材料性能。结果表明,十二烷基苯磺酸钠与碳纳米管的石墨表面形成π-π堆叠,可有效阻止碳纳米管间的团聚。功能化碳纳米管/炭黑复合材料硫化时间缩短,加工性能得到改善,断裂伸长率提高66.1%,导热率提高8.4%。Payne效应和TEM表明,十二烷基苯磺酸钠包覆碳纳米管可有效改善碳纳米管在橡胶基体中分散,也改善了炭黑在复合材料中的分散。混合填料在橡胶基体均匀分散,加强了填料与基体的界面作用,建立良好的三维空间网络结构,使复合材料性能得到改善。     

玻纤增强聚丙烯复合材料性能研究

研究了玻纤(GF)、SEBS和聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)用量对GF增强聚丙烯复合材料性能的影响,以及PP/GF(65/35)、PP-g-MAH/PP/GF(15/65/35)的微观形态。结果表明:随着GF用量的增加,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量增加,断裂伸长率降低,冲击强度先减小后增大,PP/GF复合材料断面呈脆性断裂;在PP/GF中添加增韧剂SEBS可以提高复合材料的冲击强度,但拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量均减小;在PP/GF中添加增容剂PP-g-MAH,可使其拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度均得到提高,当PP-g-MAH/PP/GF为15/65/35时,复合材料性能优异,材料断面呈韧性断裂。     

一种碳纳米管/聚丙烯复合材料的制备方法

本发明公开了一种碳纳米管／聚合物复合材料的制备方法。通过对碳纳米管进行酸碱氧化处理来提高其表面官能化效率和降低碳纳米管的表面能，然后添加到马来酸酐接枝聚丙烯反应混合物中，再经过熔融反应挤出过程制备出碳纳米管／聚丙烯复合材料。由于碳纳米管经酸碱修饰后表面能大大降低，且碳纳米管上接枝有羟基及羧基，使之与酸酐发生反应而接枝到聚丙烯长链上，实现了碳纳米管在聚丙烯基体中良好的分散。本发明制备工艺简单，制得的复合材料具有优异的力学性能和良好的导电性能。最后产品为复合材料母粒，适用于各种常用塑料成型工艺和技术。     

碳纳米管/聚乙烯醇/羰基铁粉复合材料的制备及吸波性能研究

通过液相共混法对羰基铁粉(CIP)表面进行聚乙烯醇(PVA)包覆处理,并将碳纳米管(CNT)均匀分散在表面得到复合吸波材料,通过SEM研究其微观形貌,使用矢量网络分析仪表征其电磁参数的关系。结果表明:均匀分散的CNT能有效提高CNT/PVA/CIP复合材料的吸波性能,当CNT的质量分数为0.6%时,复合材料反射损耗在-10 dB以下的频宽约为6.3 GHz,复合材料的反射在8.5 GHz处存在吸收峰,峰值为-50.0 dB。     

纳米碳管/PP复合材料的性能研究

本试验主要用溶液共混方法制备碳纳米管/聚丙烯复合材料,并测试不同碳纳米管含量对复合物的热稳定性能、结晶性能的影响。结论表明,随着碳纳米管含量的增加,复合材料的结晶熔点有所提高,复合材料的热稳定性能也逐渐提高。纳米碳管的含量对聚丙烯的结晶性能也有一定的影响,随着纳米碳管的加入,聚丙烯的结晶度逐渐提高,加入量超过2%时,结晶度开始下降。纳米碳管的加入并没有改变PP的结晶形态,碳纳米管/聚丙烯复合材料的结晶形态仍属于α晶型。     

PP/CNTs复合材料的非等温结晶动力学研究

对碳纳米管进行表面处理,利用熔融共混法制备聚丙烯/碳纳米管复合材料,经过粉碎压片后,得到样品.通过SEM观察聚丙烯/碳纳米管复合材料的断面结构.通过DSC研究聚丙烯/碳纳米管复合材料的非等温结晶过程.结果表明,经表面修饰的碳纳米管能够均匀分散于聚丙烯基体中,二者界面结合紧密;加入微量的碳纳米管就可以明显地提高复合材料的结晶温度和结晶速率.     

原位气泡拉伸法制备增韧聚丙烯

将5～30份的纳米碳酸钙(nano-CaCO<,3>)添加至无规共聚聚丙烯(PP-R)树脂中,采用原位气泡拉伸法(ISBS法)将树脂基体中的nano-CaCO<,3>分散,制备出PP-R/nano-CaCO<,3>复合材料.对复合材料进行扫描电子显微镜观察,发现ISBS法可以将nano-CaCO<,3>均匀地分散到PP-R中;通过力学性能测试表明:当nano-CaCO<,3>添加量为20份时,ISBS法制备的复合材料的缺口冲击强度与机械分散法相比提高20.4%.研究结果表明:与传统的机械分散法相比,ISBS法可以将nano-CaCO<,3>更均匀地分散到PP-R中,使nano-CaCO<,3>在PP-R中达到纳米级尺度的分散,进而得到高韧性的聚丙烯复合材料.     

改性剂对废弃玻璃钢/聚丙烯复合材料性能的影响

实验采用熔融共混-模压法制备了废弃玻璃钢(WGFRP)/聚丙烯(PP)复合材料。研究了硅烷偶联剂KH550表面改性WGFRP、改性聚丙烯(MAPP)添加量以及乙烯-辛烯共聚物(POE)的使用对WGFRP/PP复合材料性能的影响。实验结果表明,KH-550表面改性WGFRP能使复合材料性能小幅度提高,MAPP可使复合材料的拉伸和弯曲强度分别提高28.63%、20.13%,添加POE后,复合材料的断裂伸长率和冲击强度增幅分别达到152.36%、45.43%。扫描电镜图片显示,多种改性剂的加入有效改善了WGFRP和PP的界面粘合程度,宏观表现为复合材料性能提高。     

丙烯酸酯类聚氨酯/碳纳米管复合材料的制备和性能研究

以异佛尔酮-二异氰酸酯、聚乙二醇和甲基丙烯酸-β-羟乙酯合成的丙烯酸酯类聚氨酯预聚体为基体,添加改性碳纳米管,制备聚氨酯/碳纳米管复合材料。研究了碳纳米管的含量对复合材料的力学性能、热学性能和导电性能的影响。结果表明,当碳纳米管质量分数为0.4%时,复合材料的断裂伸长率提高了13%,冲击强度提高了20%,体积电阻率下降了5个数量级,而对热学性能基本没有影响。     

莫来石／聚丙烯复合材料的制备与性能研究

采用熔融共混工艺制备了莫来石/聚丙烯复合材料,考察了莫来石用量对材料力学性能、结晶性能及热稳定性的影响,并用扫描电镜(SEM)观察了复合材料中莫来石在基体聚丙烯中的分散形貌.结果表明,莫来石粉体在PP基体中能均匀分散,但团聚现象严重;随莫来石用昔的增加,复合材料的杨氏模量、拉伸强度增大,而断裂伸长率和冲击强度下降;莫来石对聚丙烯有成核作用,能诱导β晶生成,但对熔点影响不大;加入莫来石后聚丙烯的热分解温度升高,耐热性提高.     

碳纳米管改性方法对其与聚氨酯的复合材料性能的影响

通过强酸回流、强碱球磨方法分别对碳纳米管进行了改性处理,采用溶液共混法制备了聚氨酯/碳纳米管复合材料。探讨了碳纳米管改性方法对复合材料的化学结构、微观形态、力学性能、热稳定性能以及导电性能的影响。结果表明,在聚氨酯基体中添加经化学改性处理的碳纳米管使复合材料的氢键增多,力学性能、热稳定性和导电性能都得到了提高。聚氨酯/强碱球磨处理碳纳米管复合材料中的氢键数目更多,综合性能也更优异,而且碳纳米管在聚氨酯基体中的分散更均匀。