碳纳米管含量对碳纳米管/聚丙烯复合材料性能及微结构制品的影响

采用稀释母料的熔融共混方式制备碳纳米管/聚丙烯复合材料(CNTs/PP)并加工出微结构面板.研究不同含量CNTs的复合材料的结晶行为、力学性能以及流变性能,得到CNTs对聚合物的增强机理,开拓CNTs复合材料在微结构制品方面的应用.结果表明:采用稀释母粒的方式,CNTs在PP基体中分散相对均匀;CNTs的加入会抑制β晶的形成,降低在(040)晶面取向度;同时也会使复合材料的结晶度从60.36％降低到53.17％.随着CNTs含量的增加,CNTs/PP复合材料的弹性模量可以提高近43％,拉伸强度可以提高近26％.CNTs含量为1wt％时,其冲击强度最高.在低剪切速率下CNTs能显著提高复数粘度,剪切速率越高,复数黏度对CNTs含量的依赖性越低.在纯PP中添加CNTs后,剪切应力明显提高,且随剪切速率的增大呈同步变化趋势.综合结果分析,选择CNTs含量低于3％进行微结构加工较为适宜.     

多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料的结晶行为

采用表面接枝十六烷烃的方法对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性, 通过溶液共混法制备多壁碳纳米管/聚丙烯(MWCNTs/PP)复合材料, 并研究了MWCNTs/PP的结晶行为。结果表明, 3%(质量分数)表面接枝十六烷烃的MWCNTs在PP基体中分散良好, 达到纳米级的分散。加入接枝MWCNTs后, PP的结晶结构未发生改变, 依然是α晶型。接枝MWCNTs对PP有异相成核的作用, 加入接枝MWCNTs使PP的成核及晶体生长方式发生变化。加入3%(质量分数)接枝MWCNTs 以后, PP的结晶温度升高了8℃, 结晶速率提高了1倍, 结晶度提高了3%, 球晶尺寸减小。     

聚丙烯/碳纳米管复合材料的结晶和介电行为

采用熔融共混制备了聚丙烯/碳纳米管复合材料(PP/MWCNTs)。利用场发射扫描电镜(FESEM)、差示扫描量热仪(DSC)、偏光显微镜(POM)、X射线衍射仪(XRD)及宽频介电仪(BDS)对复合体系的形态、非等温结晶行为、结晶结构以及介电行为进行了研究。结果表明,碳纳米管均匀分散于聚丙烯基体中,二者界面结合紧密;极少量碳纳米管的加入即对聚丙烯的结晶起显著的异相成核作用,促进聚丙烯α晶型的形成;此外,复合体系在导电逾渗阀值附近介电松弛行为显著加强。     

多壁碳纳米管的辐照处理及其对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料热性能的影响

在空气中用高频高压电子加速器辐照多壁碳纳米管(MWCNTs),采用红外光谱、能谱分析、拉曼光谱和透射电镜表征分析辐照处理对碳纳米管结构的影响;通过原位复合法制备MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料.采用场发射扫描电镜、热失重分析和动态力学分析研究辐照处理MWCNTs对环氧树脂热稳定性的影响.结果表明:电子束辐照处理使MWCNTs表面接入了少量的含氧基团,同时破坏了MWCNTs的完整结构,当辐照剂量为170 kGy时,接枝含氧基团的量最多(约为4％),且结构破坏程度较小.与原始MWCNT/EP体系相比,经电子束辐照处理后的MWCNTs在EP中分散得更均匀,并能使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度较纯EP有所提高,在EP中加入质量分数0.5％的经170kGy辐照处理后的MWCNTs,能够使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度分别提高约14℃和8℃.     

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。     

多壁碳纳米管/聚乙烯醇复合材料电磁屏蔽性能研究

通过熔融共混、流延成膜法制备了多壁碳纳米管/聚乙烯醇(MWCNTs/PVA)复合材料,并研究了碳纤维作为增强体的作用。扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析表明:MWCNTs在PVA基体中均匀分散且形成了良好的空间导电网络;MWCNTs的加入会使吸收峰转移并与PVA发生键合反应;MWCNTs/PVA复合材料具有优异的热稳定性,热分解温度低于105℃时只有少量水分蒸发。导电性和电磁屏蔽测试表明,MWCNTs/PVA复合材料电磁屏蔽性能随其导电性的增强而提高,MWCNTs质量分数为1.2%的复合材料样品,在干扰电磁波频率为1~18GHz频段上具有良好的屏蔽性能,当干扰电磁波频率为13.3GHz时,其屏蔽效能为36.7dB。碳纤维可以增强MWCNTs/PVA复合材料的屏蔽性能,MWCNTs质量分数为0.6%的碳纤维增强MWCNTs/PVA复合材料样品,在干扰电磁波频率为1~18GHz频段时,其电磁屏蔽效能大于40dB。     

多壁碳纳米管改性等规聚丙烯复合材料的结构及性能研究

通过熔融共混法制备出等规聚丙烯(iPP)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合材料并对其进行热行为和流变性能测试,结果表明,iPP/MWCNTs复合材料的熔点、复数粘度、储能模量G′和损耗模量G″均大于纯iPP; iPP和iPP/MWCNTs的复数粘度均随着频率增加而减小,表现出明显的“剪切变稀”现象,即呈现出假塑性流体行为。通过注塑成型技术分别制备出iPP和iPP/MWCNTs制品,X射线测试结果表明,iPP和iPP/MWCNTs复合材料制品的结晶度相当,并且其值不随距离皮层深度的增加而发生较大变化。另外,iPP/MWCNTs复合材料制品的取向度整体偏高并且该值随距离皮层深度的增加而逐渐降低。拉伸测试结果表明,与纯iPP制品相比,iPP/MWCNTs复合材料制品的拉伸强度和杨氏模量有较大幅提高,而其断裂伸长率和韧性呈相反趋势。     

多壁碳纳米管增强炭黑/聚丙烯导电复合材料导电行为

为了充分利用不同导电粒子的导电作用,在炭黑(CB)/聚丙烯(PP)导电复合体系中引入了多壁碳纳米管(CNTs)。研究发现：引入的CNTs分散在CB粒子间起到“桥梁”作用,使体系的导电性能得到明显改善,并且CB∶CNTs为19∶1时其协同导电效果最好,该复合体系出现逾渗现象,对应的导电填料体积分数明显降低。在导电填料总体积分数为4.76%时,少量CNTs的引入就可使复合体系的体积电阻率从109Ω·cm下降到105Ω·cm;同时少量的CNTs能明显抑制炭黑/聚丙烯导电复合材料的正温度效应(PTC),使PTC强度从6.10降低到1.48,PTC转变峰温度从166℃升高到174℃。少量的 CNTs可以使PP的结晶温度提高12℃,对PP结晶的成核作用比CB更加明显。复合体系力学性能随导电填料体积分数增加而明显降低,但因为体积电阻率一定时CB-CNTs/PP体系所需导电填料体积分数较CB/PP体系明显降低,因此少量CNTs的引入能够使复合体系的力学性能得到更大程度的保持。     

多壁碳纳米管-聚氨酯/聚丙烯复合材料导电网络结构的演变与性能调控

为研究多壁碳纳米管(MWCNTs)和热塑性弹性对MWCNTs-聚氨酯/聚丙烯(MWCNTs-TPU/PP)复合材料结晶性能、导电性能、拉伸性能及外场响应行为,通过溶液-熔融法制备了MWCNTs-TPU/PP复合材料.MWCNTs的引入能够提高MWCNTs-TPU/PP复合材料的导电性能和结晶性能,导电逾渗值质量分数约为...     

多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备及性能

通过溶液混合法可以简单地制得多壁碳纳米管/聚氯乙烯复合材料。体积电阻率、拉伸强度等测试结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管在聚合物基体中的分散性降低,所得聚氯乙烯复合材料的体积电阻率呈非线性降低趋势,拉伸强度则呈先增加后降低的变化规律。碳纳米管含量为1%~2.5%(质量分数,下同)时所得复合材料的导电性和拉伸强度均较纯聚氯乙烯有较大改善。     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的吸波性能

本文将高温碱处理多壁碳纳米管分散到环氧树脂中制成多壁碳纳米管/环氧树脂吸波复合材料,并研究了该复合材料的微波吸收性能。改变碳纳米管高温碱处理的浓度可以使复合材料的最大吸收峰向高频方向移动,与此同时,吸收峰强度和吸波频宽也有所提高,这对于调整雷达吸波材料的吸波频段、吸波强度和吸波频宽有着十分重要的意义。测试结果还表明,这种新型吸波复合材料的体积电阻率在106~107Ω.cm数量级,具有良好的抗静电的能力。     

天然橡胶/炭黑/多壁碳纳米管复合材料的结构与性能研究

采用乳液混合共沉得到天然橡胶(NR)/多壁碳纳米管(MWNTs)母胶,母胶依次与硅烷偶联剂、天然橡胶、炭黑(CB)、硫磺等混炼、硫化得到NR/CB/MWNTs复合材料。MWNTs分散在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液中,SDBS吸附在MWNTs表面使MWNTs稳定分散在水中。MWNTs悬浮液与NR乳液混合后,MWNTs随NR一起絮凝沉淀。为提高MWNTs与NR基体的界面粘结,母胶与偶联剂混炼后再与其他组分混炼。分散在母胶中的MWNTs与各混炼组分充分混合使MWNTs均匀分布于NR/CB/MWNTs复合材料中。MWNTs的均匀分散、MWNTs与NR的界面粘结以及MWNTs与CB的协同增强效应使NR/CB/MWNTs复合材料获得较高的力学性能、动态储能模量、玻璃化转变温度、导电性和导热性。     

酸化处理多壁碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料性能

采用酸化处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）增强双酚A型氰酸酯-酚醛型氰酸酯（BCE-NCE）树脂。通过SEM、TEM对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料微观结构进行表征,利用DSC、DMA和TG/DTA对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料热性能进行研究,采用电子拉力机对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料力学性能进行测试,采用谐振腔法对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电性能进行测试。结果表明,混酸处理过的MWCNTs在BCE-NCE树脂基体中的分散效果较好。MWCNTs对BCE-NCE树脂热力学性能影响不大,当MWCNTs添加量为0.8wt%时,BCE-NCE树脂玻璃化转变温度（T_g）从298℃下降到285℃,但仍维持较高水平。当MWCNTs添加量为0.6wt%时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料冲击强度为11.40 kJ/m²,提高了40.7%。MWCNTs的加入增加了BCE-NCE树脂介电常数和介电损耗,当MWCNTs添加量为0.8wt%、频率为1 GHz时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电常数为5.1,介电损耗为0.032。因此,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料未来可在耐高温复合材料和电子等行业应用。     

聚吡咯/多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究

以吡咯为单体、三氯化铁为氧化剂,采用反相微乳液聚合法,分别在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中和含有多壁碳纳米管(MWCNTs)的十二烷基苯磺酸钠(SDBS)溶液中,通过化学氧化法制得了聚吡咯纳米颗粒和聚吡咯/多壁碳纳米管(PPy/MWCNTs)导电复合材料。利用SEM、TEM、FT-IR、XRD和四探针电导率仪对复合材料进行了表征。结果表明,当SDBS浓度为0.0120mol/L时所制备的聚吡咯纳米颗粒的电导率在1.00S/cm左右;在含有MWCNTs的SDBS溶液中,单体在SDBS的胶束内聚合,表面活性剂及其胶束吸附在MWCNTs的表面,表面活性剂的浓度和碳纳米管的用量对PPy/MWCNTs复合材料电导率的提高起到重要作用。当SDBS浓度为0.0120mol/L、MWCNTs和单体的质量比为0.20时,可获得电导率为5.68S/cm的PPy/MWCNTs纳米复合材料。     

聚乳酸/石墨/多壁碳纳米管复合材料的制备及性能

通过共溶剂法制备了由石墨(GN)和多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂的聚乳酸(PLA)纳米复合材料,借助扫描电镜等手段,研究了MWCNTs用量对复合材料微观结构、热稳定性、导热和导热性能及介电性能的影响。结果显示,MWC-NTs和GN在PLA基体中形成了稳定的导电和导热网络结构,从而导致复合材料具有较低的导电和导热逾渗阈值,其值约为MWCNTs/GN=0.5/1。MWCNTs和GN均匀分散和协同增强效应促使复合材料热稳定性、导热和导电性能明显提高。与纯PLA相比,填料在逾渗阈值附近的复合材料的初始分解温度提高了近16℃,导热系数提高了1倍,体积电阻降低了109数量级。     

硅烷化多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料的制备和介电性能

采用三种不同官能度的硅烷偶联剂(甲基三乙氧基硅烷(MTES）、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)及三甲基乙氧基硅烷(TMES))在有水条件下对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面改性,通过FTIR、XPS、TG及SEM表征了MWCNTs改性前和改性后的化学结构。采用机械共混法制备了MWCNTs/硅橡胶(SR)复合材料。SEM结果表明,将不同质量分数的MWCNTs、MWCNTs-MTES、MWCNTs-DMDES和MWCNTs-TMES填充到SR中,硅烷改性可以降低MWCNTs间的相互作用,改善其在SR中的分散性。拉伸试验结果表明,改性MWCNTs与SR之间的相互作用增强,二者的相容性得到改善。当改性MWCNTs含量≤2wt%时,MWCNTs/SR复合材料的弹性模量无明显变化。介电性能测试结果表明,当MWCNTs-MTES质量分数为2wt% 时,MWCNTs-MTES/SR复合材料在104 Hz时介电常数达到5.02,较纯硅橡胶提高了57%,而介电损耗仍低于0.01,保持在极低水平。      

多壁碳纳米管对聚丙烯韧性和阻燃的影响

通过添加表面活性剂和两步法的加工工艺,研究了未进行任何预处理的多壁碳纳米管对聚丙烯力学性能、阻燃性能和电性能的影响。结果显示,聚丙烯/多壁碳纳米管复合材料在具有一定抗静电能力的同时,其缺口冲击强度可达47.3 k J/m2,相对于纯的聚丙烯提高了414%。在聚丙烯溴系阻燃体系中,多壁碳纳米管比超导炭黑更适合作为导电填料,在燃烧时能抑制火焰和滴落物的产生,并能有效缩短续焰时间t1和t2,最终使复合材料具备抗静电性能,且达到V-0阻燃级别。     

多壁碳纳米管/天然橡胶复合材料的结构和动态性能

以HNO₃/H₂SO₄改性的多壁碳纳米管（CNTs）为原料,制备多壁碳纳米管（CNTs）/天然橡胶（NR）复合材料,研究了在NR中填充CNTs对其力学性能、动态性能、Payne效应、压缩生热和损耗因子的影响。结果表明:经HNO₃/H₂SO₄混合酸改性的CNTs表面含有氢原子、含氧官能团和自由基,增强了大管径CNTs与橡胶基体间界面结合,如物理吸附、氢键作用、化学结合等。其结果是,随着CNTs管径的增大,对复合材料的补强作用增强,压缩温升小,其Payne效应也降低;损耗因子（tanδ）越大压缩温升越高;填充不同管径CNTs的份数越大,碳纳米管之间的平均距离减小,更易形成聚集体,其复合材料的Payne效应越大。