碳納米管-聚合物復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、碳納米管(CarbonNanotubes，CNTs)以其獨特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，在很多領(lǐng)域里都展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用價值，尤其是在功能聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域里表現(xiàn)出很好的前景。CNTs作為填充物制備聚合物/碳納米管納米復(fù)合材料，能很好的改善材料的力學(xué)、電學(xué)和阻燃性能，拓寬了高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域。本文以碳納米管改性非本征型阻燃聚合物EVA和本征型阻燃聚合物聚苯硫醚(PPS)，主要進行了以下幾個方面的研究。
　　一、為改善EVA的力學(xué)性能，本

2、文首先選用高密度聚乙烯(HDPE)對EVA進行改性。當(dāng)HDPE含量為10％時，拉伸強度和斷裂伸長率達最大，分別為27.6MPa和1917.9％，相對于純EVA來說提高了78.7％和9.4％。在EVA與HDPE配比為90/10的體系分別加入相容劑EVA接枝馬來酸酐(EVA-g-MAH)和PE接枝馬來酸酐(PE-g-MAH)，比較兩種相容劑的增容效果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種相容劑都能提高共混體系的拉伸強度，且均在添加量為10％時達到最大，為39.5

3、MPa和29.4MPa，相對于純EVA來說提高了129.1％和89.7％，EVA-g-MAH相容劑的界面改性效果更顯著。
　　二、以EVA/HDPE/EVA-g-MAH共混體系為基體，選擇集三源于一體的膨脹型磷氮大分子NPS為阻燃劑，以多壁碳納米管(MWNTs)為阻燃協(xié)效劑，研究了NPS和MWNTs對EVA/HDPE/EVA-g-MAH體系的力學(xué)及阻燃性能的影響。結(jié)果表明隨NPS的增加，阻燃性能提高，但力學(xué)性能隨之降低，當(dāng)NPS添

4、加量為35％時，氧指數(shù)(LOI)達到33.8，拉伸強度為14.6MPa，斷裂伸長率為860.5％。而加入MWNTs協(xié)效NPS阻燃時，NPS只需29.5％，MWNTs添加0.5％時，LOI就可以達到33.6％，燃燒等級達到UL94 V0標(biāo)準，力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性都得到相應(yīng)的提高，拉伸強度為11.8 MPa，斷裂伸長率為1164.9％，達到了無鹵阻燃電纜料使用的行業(yè)標(biāo)準。對材料的殘?zhí)糠治鲞M一步表明MWNTs能促進炭層的形成，改善炭層質(zhì)量。

5、r>　　三、采用環(huán)氧樹脂(E51)為界面改性劑，以MWNTs為納米功能改性劑，制備PPS納米復(fù)合材料。對于單一用E51改性PPS體系，當(dāng)E51的含量為5％，PPS的斷裂伸長率增加至31.2％，較純PPS增大了近6倍，顯示出優(yōu)異的增韌效果。熱失重分析發(fā)現(xiàn)，E51完全參與了PPS的擴鏈反應(yīng)。但是E51使體系的拉伸強度和楊氏模量都有所下降，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度較純PPS降低15.7℃。DSC分析發(fā)現(xiàn)，E51使體系的結(jié)晶溫度下降14.4℃，熔融溫度下

6、降12.1℃，阻礙了PPS的結(jié)晶。當(dāng)在PPS/E51中加入MWNTs使得PPS納米復(fù)合體系的拉伸強度和彎曲強度以及楊氏模量和彎曲模量都增大，填充0.25％的MWNTs時，PPS納米復(fù)合材料的拉伸強度達到71.6 MPa，彎曲強度達到117 MPa，斷裂伸長率為23.7％。DMA的測試發(fā)現(xiàn)，MWNTs使體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度增大4～12℃，儲能模量也增大;熔融和結(jié)晶行為分析表明，MWNTs使得體系的結(jié)晶溫度提高了近10℃，但是對熔點的變化不