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碳纳米管(CNTs)在高分子材料改性中的应用

   目前主要是利用CNTs优异的力学和物理性能对高分子材料进行增强改性和提高其导电性。

    CNTs与高分子材料进行复合,借助CNTs优异的力学性能可获取具有较高力学性能的改性高分子材料。

    余颖等研究了CNTs改性尼龙6(PA6)复合材料的力学性能,发现CNTs可以使PA6的拉伸强度明显提高,而且随着CNTs用量的增加,改性PA6的拉伸强度逐渐提高,虽然冲击强度有所降低,但其降低的幅度相对较小,CNTs的加入对PA6强度的增加起到了一定的作用。经过表面处理的CNTs可能与PA6形成了以CNTs为节点的交联结构,从而增大了PA6基体的变形阻力,也可能是由于CNTsPA6界面粘结较牢固,受外力时负载转移到CNTs上,从而使得复合材料的拉伸强度提高。

    M.Wong等对CNTs与聚苯乙烯(PS)的共混物进行了研究。发现由于CNTs的聚集,共混物的拉伸强度不但没有提高反而有所降低。这是因为CNTsPS基体中未能良好分散,使得其聚集部位成为应力集中点。C.A.Cooper等认为良好的分散是充分发挥CNTs力学性能的前提条件,他们把经过超声波振动和高速混合机两次混合后的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)CNTs的混合物挤出成型制得复合材料。扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)观察发现,CNTsPMMA中的分散效果相当好,复合材料的力学性能有了很大程度的提高,CNTs的质量分数为0.1%时,材料的冲击强度从不含CNTs时的40kJ/m2提高到160kJ/m2,拉伸强度从2.0GPa提高到2.075GPa

    夏军宝等研究了聚四氟乙烯(PTFE)/CNTs复合材料在干摩擦条件下与不锈钢对磨时的摩擦、磨损行为。PT-FE/CNTs复合材料的摩擦系数随着CNTs用量的增加呈降低趋势,其耐磨性能明显优于纯PTFE,当CNTs的体积分数为15%-20%时,其耐磨性能最好。SEM观察发现,纯PT-FE的断面上分布着大量的带状结构,而填充CNTs后则未观察到带状结构,这说明CNTs有效地抑制了PTFE结构的破坏;PTFE的摩擦表面分布着较明显的犁削和粘着磨损的痕迹,而PTFE/CNTs的摩擦表面则平整光滑,表明CNTs可有效地抑制PTFE的磨损。

    Tang Wenzhong等用双螺杆挤出机共混高密度聚乙烯(HDPE)CNTs,发现CNTs质量分数为1%3%5%的共混体系中,CNTs均以部分团聚状出现,这表明机械混合的效果有限。即便如此,材料的硬度和最大承受载荷都随着CNTs用量的增加而增大。

    M.Olaf等用相同质量分数的CNTs、炭黑填充改性PA6/(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)合金,发现前者比后者的拉伸弹性模量高15%以上;CNTs和炭黑均使PA6/ABS合金的断裂伸长率有所降低,但CNTs填充PA6/ABS合金的断裂伸长率降幅较小。

    M.Hiroaki等将表面进行过氟化处理的CNTs与环氧树脂(EP)共混。所制复合材料的储能模量较原来有很大的提高,加入质量分数0.3%的氟化CNTs,材料的储能模量就可提高0.63GPa

    T.E.Changa等在研究聚丙烯(PP)SWNT的共混体系时发现,加入质量分数1%SWNT时,材料的拉伸弹性模量提高很多,但是继续加入SWNT后其提高率降低。

    最近,隋刚等以金属皂类化合物、长链脂肪酸与粘合剂配成的分散-粘合体系对CNTs进行改性,再通过机械混炼的方法与天然橡胶复合。加入改性CNTs的橡胶试样的硬度、拉伸强度和撕裂强度都有很大提高,例如邵氏硬度从40提高到72,300%定伸强度从1.6MPa提高到12.5MPa

 

 

资料来源自中科时代纳米网

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