共沉淀法制備尼龍6/碳納米管復(fù)合材料及其性能

用原位聚合法制備了尼龍6/多壁碳納米管(mwcnts)復(fù)合材料。先對多壁碳納米管進(jìn)行胺基功能化處理,再研究了多壁碳納米管添加量對復(fù)合材料電性能和力學(xué)性能的影響,結(jié)果顯示,復(fù)合材料體積電阻率和表面電阻率相對于不加碳納米管制得的尼龍6基體降低了3個數(shù)量級,復(fù)合材料的介電常數(shù)顯著增加,相對于不加碳納米管的增加了71%;復(fù)合材料的彈性模量、彎曲模量、彎曲強(qiáng)度隨碳納米管加入量的增加大幅提高。

碳納米管經(jīng)過了酸化處理,用ftir對處理后的碳納米管進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征。采用哈克轉(zhuǎn)矩流變儀制備了碳納米管/尼龍6納米復(fù)合材料。利用sem對碳納米管與尼龍6復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。通過dsc對復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶動力學(xué)進(jìn)行了研究,采用jeziorny修正的avrami方程對非等溫結(jié)晶動力學(xué)進(jìn)行了處理。結(jié)果表明,jeziorny可以很好地描述碳納米管/尼龍6復(fù)合材料的非等溫結(jié)晶過程。隨著降溫速率的升高,結(jié)晶溫度降低,結(jié)晶溫度范圍變大,結(jié)晶所需要的時間縮短。

碳納米管(cnts)具有高長徑比、納米級直徑、較低的密度、良好的物理特性(如最大力學(xué)性能,高電導(dǎo)和熱導(dǎo)性),因此在高性能和多功能的聚合物納米復(fù)合材料中可以作為理想的增強(qiáng)填料。開發(fā)高性能cnts/聚合物納米復(fù)合材料的困難在于:(1)聚合基體中cnt的均勻分散;

采用柔和混合法制備納米粒子良好分散的尼龍-6/多壁碳納米管(pa6/mwnts)復(fù)合材料,采用差示掃描量熱儀(dsc)和廣角x射線衍射法(xrd)研究了mwnts對pa6基體結(jié)晶熔融行為的影響。dsc結(jié)果表明,mwnts的加入大幅度地提高了pa6的結(jié)晶溫度(最高提高約20℃),基體的結(jié)晶度也有所提高,說明良好分散的mwnts在pa6結(jié)晶過程中呈現(xiàn)明顯的異相成核作用;xrd結(jié)果證實,分散良好的mwnt促進(jìn)pa6形成α晶型,抑制γ晶型的形成。同時,mwnt的加入導(dǎo)致復(fù)合材料出現(xiàn)熔融雙峰現(xiàn)象,其形狀隨mwnt含量的變化而改變,雙峰結(jié)構(gòu)可能是由于熔融過程中伴隨著重結(jié)晶而引起的。

將酸化處理以后的碳納米管(cnts)與高密度聚乙烯(hdpe)復(fù)合,采用機(jī)械共混法制備了定向cnts/hdpe復(fù)合材料,并對其力學(xué)性能、相態(tài)結(jié)構(gòu)、流變性能及熱性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:cnts的加入,提高了復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和拉伸模量,但同時卻降低了材料的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長率;cnts在hdpe基體中有了較好的分散性和相容性;cnts的加入對復(fù)合材料流變性能產(chǎn)生了較大的影響,加入少量的cnts可以使復(fù)合材料體系的表觀粘度降低,有利于hdpe加工性能的改善;cnts加入后,hdpe的熔融溫度和結(jié)晶熔融焓均有所下降。

采用原子轉(zhuǎn)移自由基(atrp)活性聚合方法在多壁碳納米管(mwnt)表面接枝丙烯酸丁酯聚合物(pba),并以此對聚丙烯(pp)進(jìn)行改性。紅外光譜(ft-ir)及透射電子顯微鏡(tem)測試結(jié)果表明,采用atrp法成功地將pba接枝到多壁碳納米管(mwnt)表面。對pp/mwnt復(fù)合材料電性能研究表明,mwnt-pba的添加比mwnt-cooh更能降低復(fù)合材料的電阻率。mwnt-pba的加入可使pp從絕緣材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭轨o電材料。mwnt-pba和mwnt-cooh加入pp都能提高材料的電性能,而mwnt-pba比mwnt-cooh的作用更加明顯。

碳納米管(cnts)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu),較高的長徑比,較大的比表面積,且具有超強(qiáng)的力學(xué)性能和良好的導(dǎo)熱性,已經(jīng)證明是塑料的非常優(yōu)異的導(dǎo)電填料,聚合物基碳納米管復(fù)合材料可望應(yīng)用于材料領(lǐng)域的多個方面,尤其在汽車、飛機(jī)及其它飛行器的制造等軍事和商業(yè)應(yīng)用上帶來革命性的突破。本文介紹了碳納米管的結(jié)構(gòu)形態(tài)和碳納米管的制備、純化、修飾方法及聚合物基碳納米管復(fù)合材料的制備、性能,并綜述了近幾年來尼龍/碳納米管復(fù)合材料的研究進(jìn)展及應(yīng)用前景。

介紹了目前制備碳納米管復(fù)合材料的主要方法,綜述了原位復(fù)合法在制備碳納米管復(fù)合材料中的應(yīng)用。通過對現(xiàn)有碳納米管復(fù)合材料原位復(fù)合技術(shù)的工藝方法、工藝特點(diǎn)、材料性能以及目前應(yīng)用現(xiàn)狀等幾方面的討論,展示了該制備方法在實際應(yīng)用中的優(yōu)勢。

電子器件為了增加功能和縮小體積，不斷地往小型化發(fā)展。所用布線也越來越細(xì)。碳納米管就是適應(yīng)這種需要，將一層石墨的碳二維層，制成筒狀，成為直徑為數(shù)rim到數(shù)＋nm的圓筒狀碳材料。日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所山田健朗采用有機(jī)系銅鍍液，進(jìn)行電解鍍，使碳納米結(jié)構(gòu)體內(nèi)部析出銅核子，再在氫氣氛下還原處理，最后用水溶性鍍銅也進(jìn)行第二階段鍍銅，這樣就可以在碳納米管內(nèi)部以及碳納米管之間都鍍上銅，

報道了在多壁碳納米管(mwnts)表面修飾聚丙烯酸(分子量為500~1000)作為親水層,改善納米管在水溶液中的溶解性,減少碳管自身團(tuán)聚,順利實現(xiàn)碳納米管表面化學(xué)鍍銅。同時也考察了溫度、時間、攪拌速度等因素對鍍層的影響,確定中性條件在碳納米管表面鍍銅的最佳條件。

文章闡述了通過溶液混合法制備多壁碳納米管/聚氯乙烯復(fù)合材料,并對其性能進(jìn)行了紅外表征,表明制得的復(fù)合材料具有良好的性能。

為了制備晶粒細(xì)小、組織均勻的復(fù)合材料,提高材料的力學(xué)性能,用攪拌摩擦加工法制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料,并對不同碳納米管含量的復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)、拉伸性能及斷口形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:碳納米管添加到鋁基體中,攪拌摩擦中心區(qū)晶粒細(xì)小,碳納米管與基體之間結(jié)合良好,未發(fā)現(xiàn)明顯的缺陷;碳納米管對基材有明顯的強(qiáng)化作用,鋁基復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度隨著碳納米管含量的增加而提高;碳納米管體積分?jǐn)?shù)為7%時,抗拉強(qiáng)度達(dá)到201mpa,是基材的2.2倍;復(fù)合材料在宏觀上呈現(xiàn)脆性斷裂特征,微觀上呈現(xiàn)韌性斷裂特征,其斷裂機(jī)制以cnts/al界面脫粘、基體撕裂和增強(qiáng)體斷裂為主。

本文在羧基化碳納米管和上制備了納米銀粒子,通過透射電子顯微鏡(tem)、抑菌圈實驗測試方法對改性碳納米管及制得的碳納米管/納米銀復(fù)合材料進(jìn)行了分析表征。并通過抑菌圈實驗考察了復(fù)合材料在的抑菌性能。通過抑菌圈實驗可以看出碳納米管/納米銀復(fù)合材料有明顯的殺菌功效。碳納米管載銀復(fù)合材料具有很高的穩(wěn)定性和良好的抑菌性,如果將其加到涂料中,會在海洋防污領(lǐng)域得到很大應(yīng)用。

用球磨法制備了碳納米管/cu復(fù)合材料粉末,采用掃描電鏡(sem)對不同工藝制備的復(fù)合粉末進(jìn)行研究。結(jié)果表明,采用兩步實驗,通過調(diào)節(jié)工藝參數(shù),可以得到恰當(dāng)長度的碳管,能夠?qū)崿F(xiàn)碳管在銅基體中的有效分散。

在氬氣保護(hù)下,采用碳納米管預(yù)制塊鑄造法制備了碳納米管/az91鎂基復(fù)合材料。觀察和分析了復(fù)合材料的微觀組織,測試了其室溫力學(xué)性能,并利用掃描電子顯微鏡(sem)和能譜分析(sed)對復(fù)合材料拉伸斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。研究結(jié)果表明:該方法能有效地將碳納米管添加到鎂合金熔體中并且均勻分散;隨著碳納米管的加入,復(fù)合材料的晶粒組織得到不斷的細(xì)化,綜合力學(xué)性能得到明顯提高。

日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所等研究單位用單層碳納米管（筒狀碳原子）與銅復(fù)合，制得密度小于銅、金的復(fù)合物。制取工藝：基板上的單層碳納米管在含銅離子的有機(jī)溶液中慢慢通過，再在與銅親和力強(qiáng)的水溶液中電鍍，這種復(fù)合材料每cm2可通入6億安培電流，電流容量為金和銅的100倍。

研究了碳納米管的加入對尼龍基體結(jié)晶性能和晶型轉(zhuǎn)變的影響。通過waxd和dsc測試表明,碳納米管的加入使復(fù)合材料的結(jié)晶出現(xiàn)多重性,并且在外力牽引過程中在一定程度上阻礙了晶型的轉(zhuǎn)變;同時還使尼龍的熔限變寬,并使得結(jié)晶溫度升高,結(jié)晶溫度范圍變寬,結(jié)晶更加容易;另外材料的結(jié)晶度和熔點(diǎn)有了一定程度的提高。

日本大阪大學(xué)與北海道大學(xué)共同研制成功碳納米管（cnt）均勻分散的純海棉鈦復(fù)合材料，在該材料中添加了0．35％（質(zhì)量）的cnt，從而制得了抗拉強(qiáng)度高達(dá)930mpa的復(fù)合材料。首先將cnt置入含有界面活性劑的水溶液中，采取超聲波振動攪拌并使cnt分散。海棉鈦粉經(jīng)過這種水溶液浸漬后取出，經(jīng)熱處理除去水分和界面活性劑后制成燒結(jié)體并擠壓成材。

采用混合酸對多壁碳納米管(mwnts)進(jìn)行修飾,使mwnts攜帶羧基基團(tuán)。將修飾前后的mwnts與己二酸、己二胺進(jìn)行原位聚合制備了尼龍(pa)66/mwnts復(fù)合材料。采用場發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡和差示掃描量熱儀研究了復(fù)合材料的分散性和結(jié)晶性能。研究表明,采用原位聚合制備的復(fù)合材料中,mwnts具有很好的分散性,修飾過的mwnts分散性更佳;mwnts的加入提高了pa66的結(jié)晶速率和結(jié)晶溫度,同時提高了其結(jié)晶完整性。

用聚四氟乙烯對碳納米管(cnts)進(jìn)行氟化改性,制備了氟化碳納米管(f-cnts),并采用超聲分散法和模具澆注法制備了環(huán)氧樹脂(ep)/f-cnts復(fù)合材料。采用紅外光譜、x射線衍射對f-cnts進(jìn)行了表征,并利用透射電子顯微鏡觀察了f-cnts在丙酮中的分散情況。研究了不同含量的f-cnts對ep/f-cnts復(fù)合材料的沖擊性能、彎曲性能的影響。結(jié)果表明,在cnts表面生成了c—f鍵,成功地制備了f-cnts,使cnts之間的纏結(jié)團(tuán)聚現(xiàn)象得到明顯改善,提高了cnts在有機(jī)溶劑中的分散性;當(dāng)f-cnts含量為1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時,材料的沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度最高,分別為25.90kj/m2、128.3mpa。

碳納米管_聚酰亞胺功能復(fù)合材料的制備與性能研究

采用熔融混煉的方法制備聚丙烯/多壁碳納米管復(fù)合材料(pp/mwnts)。研究了復(fù)合材料的表面電阻率與mwnts含量的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著mwnts含量的不斷增加,復(fù)合材料的電阻率呈不斷下降趨勢,并發(fā)現(xiàn)mwnts含量為3%時為復(fù)合材料的導(dǎo)電閾值。又通過對試樣作透射電鏡觀察研究,從微觀角度分析了復(fù)合材料電性能變化的原因。