碳納米紙及其復(fù)合材料的制備與表征.pdf

1、碳納米管具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和力學(xué)強度，但由于易團(tuán)聚，碳納米管的應(yīng)用受到很大限制，碳納米紙（buckypaper，BP）的發(fā)明大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。本文采用真空抽濾法制備了碳納米紙，并以碳納米紙?zhí)畛渚郾?PP)與環(huán)氧樹脂(EP)制備三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，研究了其結(jié)構(gòu)與性能。
　　首先，以三種不同結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管(MWCNT)為原料，探究了MWCNT的分散工藝，并用真空抽濾法制備了BP，研究了MWCNT尺寸結(jié)構(gòu)對碳納米紙的結(jié)

2、構(gòu)與性能的影響。通過紫外光譜及溶液電阻的測試，確定了合適的分散工藝。懸浮液穩(wěn)定性測試表明，“粗而長”與“細(xì)而長”的MWCNT穩(wěn)定性較好，曲拉通X-100可以顯著提高懸浮液穩(wěn)定性。對碳納米紙的性能測試結(jié)果表明，“細(xì)而長”的MWCNT，成膜性、電導(dǎo)率(29.5 S/cm)、熱導(dǎo)率(81.4 W·m-1·K-1)、機(jī)械性能(強度3.3 MPa)最好。在微觀結(jié)構(gòu)上，“細(xì)而長”的MWCNT制備的碳納米紙孔徑更為均勻，分布較窄。以上結(jié)果表明，“細(xì)而

3、長”的MWCNT制備的碳納米紙的綜合性能最優(yōu)。
　　以聚丙烯與BP通過熱壓法制備了PP/BP復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的電熱性能、導(dǎo)電性、熱性能與電磁干擾屏蔽效能(EMI SE)。結(jié)果表明，PP/BP復(fù)合材料的表面溫度依賴于外加電壓與BP填充量大小，復(fù)合材料在外加電壓下的電流隨時間延長出現(xiàn)先增大后逐漸平衡的趨勢。由于樹脂的浸漬，復(fù)合材料的電導(dǎo)率比BP有所下降，但仍高于傳統(tǒng)共混材料2～3個數(shù)量級，且隨溫度升高而逐漸增大。此外，BP的填

4、充提高了復(fù)合材料機(jī)械性能，BP填充量為3.7 wt％時，模量與強度分別比純PP提高了47.3％和19.7％。PP/BP復(fù)合材料在8.2～12.4 GHz（X波段）的電磁屏蔽主要依靠吸收損耗。復(fù)合材料的電磁屏蔽效能依賴于BP層的厚度，隨著BP厚度增大，屏蔽效能提高。BP厚度為70μm時，最高屏蔽效能達(dá)40 dB。通過調(diào)節(jié)BP層間距有效提高了屏蔽效能，層間距為1.5 mm時，2層BP（厚度50μm）的復(fù)合材料屏蔽效能可達(dá)44～51 dB。<

5、br>　　以環(huán)氧樹脂為基體，通過澆鑄法制備了含單層或多層BP的EP/BP復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的微觀形貌、電熱性能、導(dǎo)電性、電磁屏蔽等性能。結(jié)果表明，BP浸漬后厚度增大了約120％，浸漬性良好。電熱性能測試表明，復(fù)合材料的表面發(fā)熱溫度隨BP厚度與外加電壓增大而增大。由于樹脂的浸漬，碳納米紙的導(dǎo)電性下降，隨溫度提高，電導(dǎo)率先減小后增大。BP提高了環(huán)氧樹脂的儲能模量，填充量為10.7 wt％時，常溫下儲能模量為純環(huán)氧樹脂的2倍，但對玻璃化