聚氨酯-碳納米管納米復合材料的制備及結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、碳納米管是一類長徑比極大的中空管狀結(jié)構(gòu)材料。研究表明碳納米管具有很高的軸向強度，優(yōu)異的導電、導熱、耐高溫等物理性能，被認為是當前最理想的聚合物填料，可用于制備高性能、多功能性能新型聚合物復合材料。近年來，碳納米管/聚合物復合材料的研究逐漸成為新材料領(lǐng)域研究工作者的熱點。本文采用不同方法成功制備了聚氨酯/碳納米管納米復合材料，考察了聚氨酯/碳納米管納米復合材料的結(jié)構(gòu)與性能，并對其性能作了系統(tǒng)的研究。 在論文的第一部分中，采用熔融共

2、混法成功制備了高填充的碳納米管/熱塑性聚氨酯納米復合材料，電鏡觀察結(jié)果說明，直接的熔融共混法制備的高填充的碳納米管/熱塑性聚氨酯納米復合材料中，碳納米管在雙輥的強烈剪切力和高溫作用下均勻分散在聚氨酯基體中，未處理的碳納米管在聚氨酯基體中的分散呈納米級分散狀態(tài)。XRD和DSC分析結(jié)果表明，對于熱塑性聚氨酯/碳納米管復合體系，碳納米管的加入只是稍微改變了聚氨酯的微相分離結(jié)構(gòu)。通過力學性能、動態(tài)機械熱分析、功能性能的測試，發(fā)現(xiàn)熱塑性聚氨酯/碳

3、納米管納米復合材料的力學性能與碳納米管用量的關(guān)系與短纖維/橡膠復合材料的力學性能表現(xiàn)規(guī)律是相似的，碳納米管的加入對聚氨酯在高溫環(huán)境下（120℃）的力學性能是有增強作用的；碳納米管的加入對復合材料的動態(tài)儲能模量有明顯的增強效果，特別是在橡膠態(tài)下，納米復合材料的動態(tài)模量比純聚氨酯大幅度提高，隨著碳納米管用量的增加，所得復合材料的模量逐漸提高，而且橡膠態(tài)到粘流態(tài)的轉(zhuǎn)變溫度升高，碳納米管的加入改善了熱塑性聚氨酯的耐熱性；復合材料的導電性能提高，

4、還具有摩擦系數(shù)降低，磨損性能提高以及一定的導熱性能。當碳納米管加入量為40 phr時，熱塑性聚氨酯/碳納米管復合材料的導電率為1．1S·m-1，復合材料的導電逾滲值在10 vol%MWNT左右。 在論文的第二部分，首先采用熔融共混法制備了熱塑性聚氨酯/碳納米管復合體系，然后通過退火熱處理的方式對碳納米管/熱塑性聚氨酯復合體系進行了退火處理。主要研究了退火熱處理對熱塑性聚氨酯微觀結(jié)構(gòu)的影響以及熱塑性聚氨酯/碳納米管納米復合材料導電

5、性能的影響。結(jié)果表明，退火熱處理過程改變了聚氨酯的微相分離結(jié)構(gòu)；通過退火熱處理方法降低了熱塑性聚氨酯/碳納米管納米復合材料的導電逾滲值。復合材料熔融狀態(tài)下熱處理對于熱塑性聚氨酯/碳納米管復合體系，有利于碳納米管聚集絮凝強化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而提高材料的導電性能，降低導電逾滲值。 論文的第三部分中，采用十二烷基磺酸鈉表面活性劑，與碳納米管、水性聚氨酯乳液超聲共混制備了聚氨酯/碳納米管穩(wěn)定懸浮液，通過噴霧干燥法成功制備了聚氨酯/碳納米管納米

6、復合材料。噴霧工藝條件為：進氣溫度190℃，進料率為20%。電鏡觀察結(jié)果表明未處理的碳納米管在聚氨酯基體中分散均勻。X-射線衍射測試表明碳納米管的加入對聚氨酯的微相結(jié)構(gòu)影響較小。導電性能測試結(jié)果表明碳納米管的加入提高了復合材料的導電性能。隨著碳納米管體積分數(shù)的增加，聚氨酯/碳納米管納米復合材料的電導率逐漸增大，填充碳納米管的聚氨酯納米復合材料的導電逾滲值約為5%。另外，該復合材料還表現(xiàn)出導熱性能，是一種綜合性能優(yōu)異的納米復合材料。