原位聚合法制備極低含量碳納米管-PET納米復(fù)合材料及碳納米管網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)基體性能影響的研究.pdf

1、碳納米管由于具有優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)等綜合性能，成為近年來聚合物納米復(fù)合材料的研究重點(diǎn)。通過熔融、溶液或原位復(fù)合技術(shù)制備的聚合物碳納米管納米復(fù)合材料，能夠以比常規(guī)填料低得多的含量實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料力學(xué)、電學(xué)和熱性能等的大幅度提升，在未來高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力十分巨大。 本研究首先針對(duì)碳納米管難以分散，與聚合物基體相容性差的特點(diǎn)，采用兩步法處理MWNT，實(shí)現(xiàn)了MWNT的純化與功能化改性，改善了MWNT在反應(yīng)單體中的分散。在此基礎(chǔ)上，采用原位聚

2、合法，用自制聚酯合成專用反應(yīng)釜制備了極低含量(0.005～0.1wt％)碳納米管/PET納米復(fù)合材料。通過FT-IR、SEM、DSC、DMA、纖維強(qiáng)度測試等表征手段對(duì)碳納米管的改性效果、碳納米管在基體中形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其對(duì)基體結(jié)晶性能和力學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。 兩步法處理，在有效除去初始碳納米管中各種雜質(zhì)的同時(shí)，使碳納米管管壁表面的功能化基團(tuán)如--COOH和--OH顯著增加，由于大量的有機(jī)基團(tuán)與液體間形成了氫鍵，兩步法處理的碳

3、納米管MWNT—COOH能夠在H<,2>O和EG中長時(shí)間的以穩(wěn)定的分散狀態(tài)存在。 原位復(fù)合到PET基體中的MWNT—COOH分散良好，且形成了貫穿基體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并隨MWNT--COOH含量增加，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加密集、連續(xù)，與此同時(shí)，MWNT--COOH的分散狀況變差。碳納米管在PET基體中是良好的成核劑，在極低含量下，就可以顯著提高PET的結(jié)晶溫度，結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的作用，導(dǎo)致復(fù)合材料的熔融雙峰相對(duì)強(qiáng)度隨MWNT—COOH含量

4、增加變化出現(xiàn)規(guī)律性變化。 甲醇酯化改性MWNT—COOH以及進(jìn)一步的酯交換反應(yīng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證是可行的，但由于有機(jī)基團(tuán)的包覆作用，碳納米管的成核點(diǎn)大量減少，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的生成，對(duì)結(jié)晶甚至產(chǎn)生阻礙作用。 以MWNT-COOH為填料制備的復(fù)合材料力學(xué)性能最好，且當(dāng)其含量為0.05wt％時(shí)，基體的力學(xué)性能提高最顯著，當(dāng)含量超過此值時(shí)，由于MWNT—COOH在基體中分散效果變差，團(tuán)聚的MWNT—COOH形成的缺陷導(dǎo)致基體的力學(xué)性能下