聚丙烯碳納米管復(fù)合材料的光穩(wěn)定性研究【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告</b></p><p><b>　　高分子材料與工程</b></p><p>　　聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料的光穩(wěn)定性研究</p><p>　　一、選題的背景、意義</p><p>　　聚丙烯作為通用塑料，具有物理性能優(yōu)異、成型加工容易、密度小等優(yōu)點(diǎn)，廣

2、泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中。聚丙烯因其價(jià)錢(qián)低廉，在塑料工業(yè)中占著越來(lái)越重要的位置。但由于聚丙烯是非極性高聚物其染色性、粘結(jié)性、低溫脆性低等性能都較差，這就限制了聚丙烯的進(jìn)一步應(yīng)用。</p><p>　　理論研究表明，納米材料可以大幅度地提升聚合物材料的性能。而碳納米管自發(fā)現(xiàn)以來(lái)，許多研究表明CNTs具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能、化學(xué)性能。如，具有極高的強(qiáng)度、韌性、彈模量及其納米尺寸和極大的長(zhǎng)徑比，使其有望成為

3、復(fù)合材料理想的增強(qiáng)體。同時(shí)，其優(yōu)良的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，也可能使復(fù)合材料多功能化[1]。</p><p>　　為了拓展聚丙烯的應(yīng)用范圍，利用碳納米管改性聚丙烯塑料，是一種行的嘗試。利用碳納米管的綜合性能，來(lái)改性聚丙烯的性能，使得能夠成為一種高性能的塑料新品，可能提高其性能進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。</p><p>　　二、相關(guān)研究的最新成果及動(dòng)態(tài) </p>&l

4、t;p>　　聚丙烯（PP）是一種性能優(yōu)良的熱塑性合成樹(shù)脂，具有優(yōu)良的剛性、高的熱變形溫度、易成型加工，電絕緣性和卓越的耐折疊性。因而廣泛地應(yīng)用于工業(yè)制品、日用品、包裝膜、纖維、涂料等領(lǐng)域[2-4]。在五大通用塑料中，產(chǎn)量?jī)H次于聚乙烯和聚氯乙烯，國(guó)內(nèi)消費(fèi)量?jī)H次于聚乙烯位于第二位。但PP也存在著韌性差，對(duì)缺口敏感、不耐磨、成型收縮率大燈缺點(diǎn)。</p><p>　　隨著熟料工業(yè)的迅速發(fā)展和人們對(duì)高附加值產(chǎn)品需求量

5、的增加，PP工業(yè)需要調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域[5-8]，增加新型高性能的品種、牌號(hào)，大力研究開(kāi)發(fā)PP改性技術(shù)和PP改性產(chǎn)品，促使PP向工程塑料及功能材料方向發(fā)展。</p><p>　　近年來(lái)，用碳納米管作為增強(qiáng)相制備復(fù)合材料的研究雖然取得了一定的成果，單在改善材料的性能方面進(jìn)展有限。有人[9]發(fā)現(xiàn)，超高分子量聚乙烯摻雜少量碳納米管后，其電阻率明顯降低。沈曾民等[10]采用爐流動(dòng)法催化裂解笨制備出的MWNTs

6、，采用液相陽(yáng)極氧化法對(duì)其進(jìn)行表面處理，使碳納米管表面含氧量增加，增加了其表面含氧官能團(tuán)。碳納米聚合物基復(fù)合材料的發(fā)展水平仍然處于實(shí)驗(yàn)室階段和專(zhuān)利階段，工業(yè)化項(xiàng)目不多，還有很多問(wèn)題有待解決和研究。目前已經(jīng)能夠成功的制備聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料，制備的主要方法有共混法、原位聚合法和溶膠-凝膠法。</p><p><b>　　共混法</b></p><p>　　該方法是通過(guò)

7、機(jī)械力方式或者通過(guò)溶液、乳液、熔融等形式直接將碳納米管與基體聚合物共混，并利用然納米管上的官能團(tuán)與有機(jī)相的親和力達(dá)到有機(jī)物與無(wú)機(jī)物復(fù)合的目的。</p><p>　　2.1.1 機(jī)械力混合</p><p>　　Dondero等[11]將PP小顆粒研磨成粉狀，先預(yù)冷卻5min，然后以10Hz的頻率研磨2-3min，在每個(gè)研磨周期樣品都有1min的間歇冷卻，再將PP和CNT預(yù)混合后投入到Hak

8、ka小型實(shí)驗(yàn)室雙螺桿擠出機(jī)以200℃，100r/min的條件加工10分鐘，然后通過(guò)1.75mm的圓柱型口模將復(fù)合材料擠出。</p><p>　　2.1.2 熔融共混</p><p>　　將PP和不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MWNTs在190℃在共混10min，再在空氣中冷卻，制得了MWNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1%，3%和5%的PP/MWNTS復(fù)合材料[12]。共混法簡(jiǎn)單易行，對(duì)碳納米管體積分?jǐn)?shù)等便于控制，

9、但是不易實(shí)現(xiàn)碳納米管在聚合物中的均勻分散，對(duì)碳納米管進(jìn)行表面修飾可以改善其在復(fù)合材料中的分散性。</p><p>　　2.2 原位聚合法（在位分散法）</p><p>　　此法是先將碳納米管于聚合物單體均勻分散，再引發(fā)單體聚合從生成復(fù)合材料的過(guò)程，也有利于碳納米管的π鍵或其表面的官能團(tuán)參與聚合達(dá)到與有機(jī)相復(fù)合的目的。</p><p>　　賈志杰等[13]將已內(nèi)酰胺

10、、胺基乙酸一起放入反應(yīng)器，聚合一段時(shí)間后再加入碳納米管，最后得到了較高強(qiáng)度和韌性的復(fù)合材料。Wiemann等[14]用茂金屬作為催化劑以原位聚合的方法制備了PP/CNT復(fù)合材料。</p><p>　　原位聚合法可以水相或油相為反應(yīng)介質(zhì)，于共混法相比，該法可以容易地實(shí)現(xiàn)碳納米管在復(fù)合材料中的均勻分散，而且聚合物一次聚合成型，不需要再次熱加工，避免了由此產(chǎn)生的降解。</p><p>　　2.3

11、 溶膠-凝膠法</p><p>　　這種方法早期用來(lái)制備還有無(wú)機(jī)納米顆粒的納米聚合物復(fù)合材料，該方法有幾種情況[15]：(1)將前驅(qū)物溶解在事先制備好的聚合物溶液中，是前驅(qū)物經(jīng)催化水解形成半互穿網(wǎng)絡(luò)；（2）將前驅(qū)物和單體溶解，讓水解和單體聚合同時(shí)發(fā)生，該法可以使一些完全不溶的聚合物均與嵌入無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)紅；（3）在聚合物或單體中引入能與無(wú)機(jī)組分形成化學(xué)鍵的基團(tuán)，增加有機(jī)與無(wú)機(jī)組分之間的相互作用。</p>

12、<p>　　溶膠-凝膠法的優(yōu)點(diǎn)是條件溫和，兩相分散均勻，能摻雜大量的有機(jī)物活無(wú)機(jī)物，并控制組分的比例；以加工成型，可以制備高純度和均勻度的復(fù)合材料。因?yàn)樵谀z干燥的過(guò)程中，其溶劑、小分子、誰(shuí)的揮發(fā)可能導(dǎo)致收縮脆裂。迄今為止，這種方法在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于制備碳納米管聚合物方面還沒(méi)有成熟的技術(shù)。</p><p>　　三、課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法、技術(shù)路線及研究難點(diǎn)，預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p>

13、<p>　　3.1 課題的研究?jī)?nèi)容及擬采取的研究方法</p><p>　　3.1.1 聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料的制備</p><p>　　將PP與CNTs按比例混合，在同向雙螺桿（SHJ－20）擠出機(jī)上一定的溫度下熔融共混一定時(shí)間造粒，螺桿轉(zhuǎn)速為120 rpm。多壁碳納米管的添加量分別為0.1，0.2，0.5，1 and 2% wt./wt，經(jīng)雙螺桿熔融共混的共混物，由注塑機(jī)

14、注入模具型腔中，注塑成型，樣條厚度約為1.5 mm。</p><p>　　3.1.2 聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料的光氧化行為研究 </p><p>　　將厚度約為1.5 mm的樣條放在自制的紫外燈箱中進(jìn)行輻照，研究羰基基團(tuán)數(shù)、羥基基團(tuán)數(shù)以及力學(xué)性能隨著光氧化時(shí)間的變化。</p><p>　　3.1.3 聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料的表征</p><

15、p>　　采用Nicolet 5700型紅外光譜研究材料中羰基基團(tuán)數(shù)、羥基基團(tuán)數(shù)隨著光氧化時(shí)間的變化。根據(jù)ASTM D638塑料拉伸性能的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。采用Perkin-Elmer差示掃描量熱分析儀研究材料的熱學(xué)性能。采用蔡康偏光顯微鏡XP-400觀察復(fù)合材料表面形貌。</p><p><b>　　3.2 研究難點(diǎn)</b></p>&l

16、t;p>　　（1）選擇制備聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料時(shí)熔融共混過(guò)程中合適的加工溫度和加工時(shí)間；</p><p>　?。?）弄清楚碳納米的加入量對(duì)PP/CNT復(fù)合材料紫外光穩(wěn)定性的影響。</p><p>　　3.3 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　在合適的條件下制備出聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料，了解CNT促進(jìn)和抑制PP紫外光氧化降解的機(jī)理。</p>

17、<p>　　四、論文詳細(xì)工作進(jìn)度和安排</p><p>　　2010年11月18日—2010年12月31日 完成畢業(yè)論文過(guò)程材料（文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯）</p><p>　　2011年1月1日—2010年4月9日 樣品的制備工作</p><p>　　2011年4月10日—2011年4月30日 結(jié)果表征及討論<

18、/p><p>　　2011年5月1日—2011年5月18日 整理畢業(yè)論文</p><p>　　2011年5月19日—畢業(yè)論文答辯 準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯材料</p><p><b>　　五、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]朱洪偉, 吳德海, 徐才錄. 碳納米管. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,

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