聚氨酯-碳納米管納米復(fù)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(lèi)長(zhǎng)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(qiáng)度，優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫等物理性能，被認(rèn)為是當(dāng)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(fù)合材料。近年來(lái)，碳納米管/聚合物復(fù)合材料的研究逐漸成為新材料領(lǐng)域研究工作者的熱點(diǎn)。本文采用不同方法成功制備了聚氨酯/碳納米管納米復(fù)合材料，考察了聚氨酯/碳納米管納米復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能，并對(duì)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(fù)合材料，電鏡觀察結(jié)果說(shuō)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(fù)合材料中，碳納米管在雙輥的強(qiáng)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(jí)分散狀態(tài)。XRD和DSC分析結(jié)果表明，對(duì)于熱塑性聚氨酯/碳納米管復(fù)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(guò)力學(xué)性能、動(dòng)態(tài)機(jī)械熱分析、功能性能的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)熱塑性聚氨酯/碳

3、納米管納米復(fù)合材料的力學(xué)性能與碳納米管用量的關(guān)系與短纖維/橡膠復(fù)合材料的力學(xué)性能表現(xiàn)規(guī)律是相似的，碳納米管的加入對(duì)聚氨酯在高溫環(huán)境下（120℃）的力學(xué)性能是有增強(qiáng)作用的；碳納米管的加入對(duì)復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量有明顯的增強(qiáng)效果，特別是在橡膠態(tài)下，納米復(fù)合材料的動(dòng)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(fù)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(fù)合材料的導(dǎo)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(dǎo)熱性能。當(dāng)碳納米管加入量為40 phr時(shí)，熱塑性聚氨酯/碳納米管復(fù)合材料的導(dǎo)電率為1．1S·m-1，復(fù)合材料的導(dǎo)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(fù)合體系，然后通過(guò)退火熱處理的方式對(duì)碳納米管/熱塑性聚氨酯復(fù)合體系進(jìn)行了退火處理。主要研究了退火熱處理對(duì)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(fù)合材料導(dǎo)電

5、性能的影響。結(jié)果表明，退火熱處理過(guò)程改變了聚氨酯的微相分離結(jié)構(gòu)；通過(guò)退火熱處理方法降低了熱塑性聚氨酯/碳納米管納米復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值。復(fù)合材料熔融狀態(tài)下熱處理對(duì)于熱塑性聚氨酯/碳納米管復(fù)合體系，有利于碳納米管聚集絮凝強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)從而提高材料的導(dǎo)電性能，降低導(dǎo)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(guò)噴霧干燥法成功制備了聚氨酯/碳納米管納米

6、復(fù)合材料。噴霧工藝條件為：進(jìn)氣溫度190℃，進(jìn)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(cè)試表明碳納米管的加入對(duì)聚氨酯的微相結(jié)構(gòu)影響較小。導(dǎo)電性能測(cè)試結(jié)果表明碳納米管的加入提高了復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。隨著碳納米管體積分?jǐn)?shù)的增加，聚氨酯/碳納米管納米復(fù)合材料的電導(dǎo)率逐漸增大，填充碳納米管的聚氨酯納米復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值約為5%。另外，該復(fù)合材料還表現(xiàn)出導(dǎo)熱性能，是一種綜合性能優(yōu)異的納米復(fù)合材料。