碳納米管-聚合物復合材料的制備和性能研究.pdf

1、碳納米管(CarbonNanotubes，CNTs)以其獨特的結構和優(yōu)良的性能，在很多領域里都展現出了廣闊的應用價值，尤其是在功能聚合物復合材料領域里表現出很好的前景。CNTs作為填充物制備聚合物/碳納米管納米復合材料，能很好的改善材料的力學、電學和阻燃性能，拓寬了高分子材料的應用領域。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的力學性能，本

2、文首先選用高密度聚乙烯(HDPE)對EVA進行改性。當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。結果發(fā)現，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)為阻燃協效劑，研究了NPS和MWNTs對EVA/HDPE/EVA-g-MAH體系的力學及阻燃性能的影響。結果表明隨NPS的增加，阻燃性能提高，但力學性能隨之降低，當NPS添

4、加量為35％時，氧指數(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標準，力學性能和熱穩(wěn)定性都得到相應的提高，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納米復合材料。對于單一用E51改性PPS體系，當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，E51完全參與了PPS的擴鏈反應。但是E51使體系的拉伸強度和楊氏模量都有所下降，玻璃化轉變溫度較純PPS降低15.7℃。DSC分析發(fā)現，E51使體系的結晶溫度下降14.4℃，熔融溫度下

6、降12.1℃，阻礙了PPS的結晶。當在PPS/E51中加入MWNTs使得PPS納米復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，MWNTs使體系的玻璃化轉變溫度增大4～12℃，儲能模量也增大;熔融和結晶行為分析表明，MWNTs使得體系的結晶溫度提高了近10℃，但是對熔點的變化不