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《南京大学》 2012年
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活性液体橡胶增韧环氧树脂/功能化碳纳米管复合物的制备与性能表征

王玉婷  
【摘要】:碳纳米管具有独特的长径比和优异的物理、化学及光电性能,是理想的聚合物补强材料。本论文通过硝酸酸化多壁碳纳米管(MWCNT)制备羧化碳纳米管(MWCNT-COOH)后,将MWCNT-COOH和氨基化碳纳米管(MWCNT-NH2)分别加入到端羧基丁腈橡胶(CTBN)和端氨基丁腈橡胶(ATBN)来对双酚A型缩水甘油醚环氧树脂(DGEBA)进行增韧改性。 本论文利用傅里叶转换红外光谱(FT-IR)、热失重分析仪(TGA)和拉曼光谱(Raman)对MWCNT-COOH和MWCNT-NH2的结构进行了表征,用差示扫描量热仪(DSC)、动态力学分析仪(DMA)、万能材料测试仪、TGA和扫描电镜(SEM)对DGEBA/CTBN/MWCNT-COOH和DGEBA/ATBN/MWCNT-NH2纳米复合物的固化反应动力学、玻璃化转变温度(Tg)、力学性能、热稳定性和脆断表面微观形貌进行了研究。 对于DGEBA/CTBN/MWCNT-COOH体系,FT-IR结果显示MWCNT-COOH在3435cm-1和1714+-cm-1处分别有明显的O-H和C=O伸缩振动特征峰,说明MWCNT被成功酸化并引入了羧基等活性官能团。TGA结果表明MWCNT-COOH在250℃以上失重明显多于纯的MWCNT, Raman光谱表明MWCNT的缺陷率明显高于MWCNT,说明通过硝酸酸化方法成功制备了MWCNT-COOH。动力学研究表明反应活化能随着MWCNT-COOH浓度增大而减小,MWCNT-COOH会促进固化反应。力学性能测试表明当MWCNT-COOH的浓度为0.5Wt.%时,碳纳米管分散较均匀,DGEBA/CTBN/MWCNT-COOH纳米复合物的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度和弯曲模量都最大。但是当继续增大浓度时,碳纳米管发生团聚,使得纳米复合物的拉伸性能和弯曲性能都随之降低。DMA结果表明DGEBA/CTBN/MWCNT-COOH纳米复合物的Tg随碳纳米管浓度增大而减小。TGA结果表明MWCNT-COOH基本不影响CTBN增韧的环氧树脂的热稳定性。SEM结果表明CTBN与环氧树脂体系发生相分离,对环氧树脂有增韧作用,MWCNT在浓度较低时(0.5Wt.%)时分散比较均匀,在浓度大于0.5Wt.%时团聚越来越严重。 对于DGEBA/ATBN/MWCNT-NH2体系,FT-IR结果显示MWCNT-NH2在3437cm-1处有N-H伸缩振动峰,1540cm-1和1508cm-1处分别有-N-H的伸缩和弯曲振动峰。TGA结果表明MWCNT-NH2在250℃以上有较明显的失重,说明MWCNT-NH2表面存在-NH2等活性基团。动力学研究表明MWCNT-NH2会促进ATBN增韧的环氧树脂固化反应,降低反应活化能,而且MWCNT-NH2浓度越大促进作用越明显。力学性能测试结果表明随着MWCNT-NH2浓度增大,DGEBA/ATBN/MWCNT-NH2纳米复合物的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度和弯曲模量都随之增大,但断裂伸长率会随之降低。DSC二次升温结果表明MWCNT-NH2与环氧树脂反应会限制高分子链段运动,使DGEBA/ATBN/MWCNT-NH2纳米复合物的Tg升高,但随着浓度增大,MWCNT-NH2团聚增加导致Tg逐渐降低。TGA结果表明MWCNT-NH2基本不影响ATBN增韧的环氧树脂的热稳定性。SEM结果表明ATBN在环氧树脂基体中发生相分离,生成的橡胶相与环氧树脂之间界面有明显的扩散现象,能有效增韧环氧树脂。在DGEBA/ATBN/MWCNT-NH2纳米复合物中,碳纳米管的团聚现象比较明显,但同时MWCNT-NH2与树脂也有比较强的相互作用。
【学位授予单位】:南京大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TQ323.5

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