碳納米管-聚酰亞胺納米復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、為進(jìn)一步提高聚酰亞胺(PI)的力學(xué)、熱學(xué)等性能，對(duì)聚酰亞胺的改性成為近期的研究熱點(diǎn)之一。碳納米管自1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來，因其獨(dú)特的機(jī)械、電學(xué)和其它優(yōu)異的特性而日益受到關(guān)注，成為物理、化學(xué)和材料科學(xué)最前沿的研究領(lǐng)域之一，碳納米管也因此成為聚酰亞胺改性的首選一維納米材料。 為有效地提高多壁碳納米管(MWNTs)在基體中的分散性及其與基體之間的界面作用力，本文首先對(duì)MWNTs管進(jìn)行了表面修飾。第一步，用濃硫酸和濃硝酸的混合

2、液對(duì)MWNTs進(jìn)行酸化處理，第二步，用廉價(jià)的十八烷基異氰酸酯對(duì)酸化過的MWNTs進(jìn)行烷基化處理。通過傅立葉紅外光譜(FT—IR)、拉曼光譜(Raman)、透射電鏡(TEM)、元素分析(EA)、及熱失重分析(TGA)對(duì)表面功能化的MWNTs進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在MWNTs表面成功地接枝上含有十八個(gè)碳原子的小分子，有效提高了碳納米管在溶液和基體聚合物中的分散性，這種烷基化處理相對(duì)簡(jiǎn)單、廉價(jià)。 采用均苯四甲酸酐(PMDA)和4，4'

3、—二氨基二苯醚(ODA)作為單體，合成聚酰亞胺的前驅(qū)體聚酰胺酸(PAA)。采用溶液共混的方法制備了MWNT/PAA復(fù)合溶液，并對(duì)所配制的MWNT/PAA復(fù)合溶液進(jìn)行了動(dòng)態(tài)流變測(cè)試。結(jié)果表明，(1)隨著碳納米管含量的增加，MWNT/PAA納米復(fù)合溶液的儲(chǔ)能模量和損耗模量增加，力學(xué)損耗減小，復(fù)數(shù)粘度增加；(2)隨著頻率的增加，MWNT/PAA納米復(fù)合溶液儲(chǔ)能模量和損耗模量增加，復(fù)數(shù)粘度減小，出現(xiàn)明顯的切力變稀的現(xiàn)象；(3)隨著溫度的升高，儲(chǔ)

4、能模量和損耗模量下降，力學(xué)損耗及復(fù)數(shù)粘度也下降。 將MWNT/PAA溶液澆制成MWNT/PAA復(fù)合材料，并進(jìn)行熱酰亞胺化，得到MWNT/PI復(fù)合材料。采用FT—IR、SEM、TGA、DMA、拉伸強(qiáng)力儀對(duì)納米復(fù)合材料進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征和性能分析。結(jié)果表明，(1)FT—IR中出現(xiàn)了PAA及PI的特征吸收峰，這說明了成功制備了PAA及相應(yīng)的PI；(2)SEM照片顯示MWNTs在PI基體中分散良好，使得MWNTs與PI基體之間形成較強(qiáng)的界面

5、作用力：(3)對(duì)所制備的MWNT/PI復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和熱分解動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)MWNTs加入后，納米復(fù)合材料的熱分解溫度得到了提高，而且熱分解活化能也由不同程度的改善，其分解活化能由370.2KJ/mol(PI)提高到449.2KJ/mol(10％MWNT/PI)；同時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)得到了提高，當(dāng)MWNTs含量為5％時(shí)，Tg增加到415℃；(4)隨著MWNTs含量的增加，MWNT/PI納米復(fù)合材料的力學(xué)性能得到了明顯