碳纳米管/聚烯烃复合材料的制备及性能研究

【摘要】：本文采用侧壁亲电加成、原子转移自由基聚合和浓硫酸短时间氧化等方法对碳纳米管(CNTs)进行了化学修饰，并采用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FTIR)、热失重分析(TGA)等方法对修饰前后的CNTs进行了表征。结果表明：CNTs经化学修饰以后，表面引入了新的基团，团聚现象得到改善，从而提高了CNTs在高分子复合材料基体中的分散性和相容性。 分别采用机械共混法和溶液共沉淀的方法，首次制备了CNTs／CPE复合材料，考察了碳纳米管的加入对CPE力学性能与相态结构、流变性能以及动态力学性能的影响。实验结果表明：溶液共沉淀法制备的复合材料的拉伸强度和断裂伸长率高于机械共混法制备的复合材料；化学修饰后的CNTs比原始CNTs在CPE基体中有了较好的分散性和相容性，从而使化学修饰后的CNTs起到了增强CNTs／CPE复合材料的力学性能的作用，其拉伸强度较基体有了较大幅度的提高；与纯CPE的表观粘度相比，CNTs／CPE复合材料的表观粘度有所增大；复合材料弹性模量低温下明显高于CPE，其玻璃化温度也略高于CPE。 采用机械共混法制备了CNTs／HDPE及CNTs／LCPE复合材料，并对其力学性能与结构、流变性能及热性能进行了初步研究。CNTs的加入，提高了复合材料的屈服强度和拉伸模量，CNTs／LCPE复合材料比CNTs／HDPE有了更大幅度的提高，但同时却降低了材料的断裂强度和断裂伸长率。CNTs在LCPE基体中的分散性和界面结合力要好于其在HDPE中的情况，这在力学性能的提高上也很好的体现了出来。加入少量的CNTs可以使复合材料体系的表观粘度降低，有利于HDPE和LCPE的加工性能改善；CNTs加入后，对HDPE及氯含量为8％的LCPE的熔点影响较小，结晶熔融焓随碳纳米管含量的增加而下降，而氯含量15％的LCPE却随CNTs含量的增加，结晶熔融焓比基体明显增大，熔融温度也略有提高。