剪切力場(chǎng)作用下聚丙烯-多壁碳納米管復(fù)合材料的結(jié)晶、取向結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行表面接枝改性，在多壁碳納米管表面接枝上十八烷烴鏈，極大的改善了碳納米管和聚丙烯間的界面作用力。采用動(dòng)態(tài)保壓成型技術(shù)(DPIM)和擠出拉伸加工方法，成功地實(shí)現(xiàn)了聚丙烯/改性多壁碳納米管的形態(tài)控制。研究在加工過(guò)程中引入的剪切力場(chǎng)，對(duì)聚丙烯/碳納米管復(fù)合體系中碳納米管的分散、取向、以及碳納米管與基體間的界面作用和結(jié)晶情況的變化。掃描電子顯微鏡、熱失重分析、紅外分析、動(dòng)態(tài)流變測(cè)試、熱臺(tái)偏光顯微鏡、差示掃描量熱儀、力學(xué)性

2、能測(cè)試等用于表征體系的形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能。本論文的主要結(jié)論有： (1)通過(guò)動(dòng)態(tài)保壓往復(fù)的強(qiáng)剪切作用，制備了同時(shí)具有聚丙烯分子鏈和改性多壁碳納米管高度取向結(jié)構(gòu)的注射制品，兩者均沿著剪切流動(dòng)方向取向，(也就是拉伸形變方向)。這在很大程度上提高了聚丙烯分子鏈和填充粒子的運(yùn)動(dòng)能力，從能量耗散機(jī)理來(lái)說(shuō)，聚合物基體和填充顆粒運(yùn)動(dòng)能力的提高能夠吸收更多的能量，有助于拉伸韌性的提高。另一方面，我們發(fā)現(xiàn)取向多壁碳納米管具有很大的長(zhǎng)徑比，能夠架橋連接基

3、體聚合物拉伸過(guò)程中產(chǎn)生的裂縫，同時(shí)，改性碳納米管與基體的界面粘接很強(qiáng)，足以保證應(yīng)力的有效傳遞，從而使得聚合物基體材料沿著碳管滑移，導(dǎo)致材料的斷裂伸長(zhǎng)率得到大幅度的提高，從而引起復(fù)合材料韌性的極大提高。 (2)采用動(dòng)態(tài)流變測(cè)試原位檢測(cè)剪切作用對(duì)PP/G-MWCNTs的結(jié)晶行為的影響。流變測(cè)試能夠定量的評(píng)價(jià)靜態(tài)條件和動(dòng)態(tài)剪切條件下聚合物的整體結(jié)晶速率。結(jié)合流變測(cè)試結(jié)果和熱臺(tái)偏光顯微鏡觀察的結(jié)晶形貌發(fā)展過(guò)程，對(duì)于PP/G-MWCNTs體系得到

4、了兩個(gè)不同的剪切影響機(jī)理：(1)在低溫條件下，強(qiáng)烈的異相成核作用對(duì)結(jié)晶行為的影響占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)，而剪切作用對(duì)結(jié)晶的影響十分微弱，同時(shí)，在填料含量較高是，異相成核作用具有飽和性；(2)在高溫條件下，異相成核作用被抑制，復(fù)合體系的結(jié)晶主要受到預(yù)剪切作用的影響，并且纖維狀晶體較球晶更易生成。 (3)采用擠出拉伸加工方法，通過(guò)控制拉伸比來(lái)控制剪切力施加的強(qiáng)弱，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合體系微觀結(jié)構(gòu)和碳納米管的分散狀況的控制，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)結(jié)晶結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能