《PP_CNT复合材料制备及表征研究进展.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《PP_CNT复合材料制备及表征研究进展.pdf（4页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、现代塑料加工应 用年 第卷第期兄】即下复合材料制备及表征研究进展许广洋,陈光明马永梅,韩敏芳,【中国科学院化学研究所北京分子科学国家实验室新材料实验室,北京,中国矿业大学北京 化学与环境工程学院,北京,。摘,碳纳米管在获丙烯中的分散及其与基体的界面结合是制备复合材料的关健问肠,可采用机械剪切、超声处理和表面功能化等方法来解决。的加入使的力学、电学、结晶、阻嫩和耐热等性能都有不同程度的改善和提高。综述 了近年来国内外复合材料的制备及表征研究进展关词丙姆琅的米,妞合材料衰征叩代介,”,一,一聚合物基复合材料具 有比强度高、可设计性强、抗疲劳性 能好以及成型工艺简单等优点,在很多领域 中有着广泛应用
2、。聚丙烯是一种产量很大的热塑性塑料,具有密度小,、较优异的力学性能、优良的耐腐蚀性、电绝缘性以及 易加 工 成型等优点,因此 广泛应用于注射成型制品、薄膜、纤维、挤出成型制品等。但是由于其低温脆性突出,并且耐光及耐氧化性差等缺点,限制了在某些 工 程领域 中的应用。自从年日本学者发 现碳纳米管以来,由于其具有优良的物理、化学性质和潜在的应用前景而倍受关注,成为纳米材料中的研究热点 之一。理想的是 由碳 原 子 形成的石 墨烯片层卷成的无缝、中空 的管体。石墨烯的片层 一般可以从层到上百层。含有层石墨烯片层 的称为单壁碳纳米管,的直径一般为。多于层的则 称 为多壁碳纳 米管一,直径为,层间距 约
3、 为。由收稿日期一一,修改稿收到日期一一作者简介 许广洋,年生,男,材料学硕士研 究生,主要研究方向为康合物基纳米复合材料。该课题属项目即科技部国家,点荃础 研究专项 经费资助项目 项目编号现代塑料加工应用年月于具有优良的力学性能、电学性能以及很高的长径比、较大的比表面积、较高的硬度和热稳定性等,目前很多研究都使用作为纳米填料来改善聚合物基体的性能并赋予其新的功能。例如,利用可以提高聚合物 的抗静电性和力学性 能。由于具有成本低的优势,比应用得更广泛一些。衰烯经盆合材料侧备方法方法优点缺点菜合分散均匀,界面结合强单体残留 荃体强度下降,残余应力大溶液混合 旋转分散较均界面结合强度低,毯定复合材
4、料的制备涂膜浇注腆等匀,适应柳性不高,溶剂残留熔融共混适应性广分散差,残余应力较大研磨混合简便分散性差制备过程中的主要问题聚合物复合材料的制备必须解决个主要问题在基体中的 良好分散及与聚合物基体的界面结合。由于管径小,表面能高,因此很容易发生 团聚,影响其在聚合物中的均匀分散,大大降低了的增强效果,而且 可能导致复合材料的性能劣化。因此,在聚合物复合材料的制备中要解决的首要问题就是在聚合物基体 中的分散性 问题。由于微米级长度 的不能很好地分散于有机溶剂,因此直接与聚合物溶液混合后难以分散,出现不理想的聚集态。人们把长 的纤维成束的单壁切断成较短的管状,并进行表面功能化,使其能良好地分散于有机
5、溶剂中,在一定程度上解决了其分散性 问题。近年来,国内外许多化学工作者都致力于该方向的研究,并取得了许多成果一。超声处理作为一种重要手段,有利于的分散、活化以及引发单体聚合等,可较好地解决在聚合物中分散间题。为了提高与聚合物界面间的粘接力,沈曾民等采用炉 流动法催化裂解苯制备出 的,采用液相 阳极氧化法对其进行表面处理,使碳纳米管表面含氧量增加,增加了其表面含氧官能团。等利用等离子射线在表面上引人 了功能基团,并成功地把多糖链固定到等离子活化过的表面上。他们还发现,用等离子体如等处理也可对进 行表面改性,使其活化。制备方法制备聚烯烃复合材料的方法有机械混合、熔融共混、溶液共混和原位聚合等,具体
6、见表。等先利用研磨通过机械力化学过程将和粉碎成粉末,然后将该粉末在双螺杆挤出机中熔融共混,得到复合材料。等,将小颗粒研磨成粉状,先预冷却,然 后以的频率研磨,在每个研磨周期样品都有的间歇冷却,再将和预混后投人到小型实验室双螺杆挤出机以,的条件加工,然后通 过的圆柱型口模将复合材料挤出。王彪等图采用熔融共混的方 法将和不同质量分数 的在下共混,再在空气中冷却,制得了质量分数分别为,和的复合材料。等将粉状和干混,再将所得混合物在氮气气氛下利用旋转式双螺杆小型混合机以,条件下挤出,混合物在挤出机中循环已达到较好的分散。胡静等川以二甲苯为溶剂,将溶解了的马来酸醉接枝的和经过超声分散后 的按比例混合,再
7、经过超声分散,然后迅速脱去二甲苯,将剩余物质放人模具中,于,下 压制,得 到复合材料板材。等”用茂金属作为催化剂以原位聚合的方法制备了复合材料。复合材料的性能由于具有优异的力学性能和独特的电学性能等,是轻质高强复合材料的理想增强体。下面归纳了复合材料的力学、电学、结晶、阻燃及耐热等性能。许广洋等复合材料制备及表征研究进展力学性能与聚合物分子 尺寸在 同一数量 级,可以近似看作一种刚性大分子。因此,作为增强材料对提高聚合物性 能有着重要意义。复合材料有望在碳纳米管含量很低 的条件下达到甚至超过传统纤维增强复合材料 纤维体积质量分数为的性能。碳纳米管的高弹性有利于载荷的传递,从而获得高强度的复合材
8、料。王琪等将平均粒径为拌的与平均管径为的先加人高速搅拌器中混合均匀,再利用磨盘型力化学反应器对混合物进行碾磨粉碎,得 到外观颜色均匀的复合粉体。将复合粉体通过热压成型得到复合材料,发现用此种 方法制得 的复合材料在质量分数为时的拉伸强度和冲击强度比纯分别提高了和环。解孝林等“制备的和一马来酸醉一苯乙烯一乙烯丁烯一苯乙烯三嵌段共聚物 复合材料的断裂伸长率相对于纯的有较大幅度的下降。等发现,加人含质量分数的复合材料韧性得到了提高,断裂伸长率达到了,是所用的倍。等在研 究中发现,复合材料可以利用传统的喷丝设备加工。加入含量为的与纯相比,拉伸强度和拉伸模量分别增加了和,但断裂伸长率降低了。等用熔融纺丝
9、法得到具有高力学 性能的纤 维,复合纤 维 的拉伸强度从增加至,增加了近,模量从增加到,增加了。电学性能具有良好的导电性,均匀分散在聚烯烃基体中可形成 导电通 道,从而制成 抗静电材料。等”研究了复合材料的电性能,随着含 量 的增加,复合材料的体积 电阻率从减小到以下,而 电流 的渗滤 阑值在质量分数为出现,这是由于在复合材料 中形 成了导 电 的 长链。等仁幻发现,当携 带了有机抗静电剂 后可以有 效地 提高纤维 的抗静电能力,质量分数为时,其摩擦静电荷数由纯的以上,下降到了左右。他们的研究还发现的抗静电效果受其结构影响,随着其管径和管壁曲度的减小而有所提高,这是 由于同样的质量含量,管径和
10、管壁曲度小,在“岛”相中就构造了更多的电导路径。结晶性能在以为基体的复合材料 中,聚合物的结晶形态会受到可作为成核剂的纤维的影响,影响其结晶过程。等”研 究了的含量对以增强在物理化学性能方面 的影响作用,发现复合材 料的结晶温度随 着含量的增 加而升高,而其结晶度则 表现 出了相反的趋势。等,。的研究发现,即使没有良好地分散于基体中,还是在晶体的成核过程中起到了成核剂的作用,而从广角射线衍射图中显示没有 明显的的晶型,从和拉曼光谱分析中可以得出,在 拉出 的复合材料纤维 中,的取 向性要高于的,原因可能是高分子链的柔顺性要明显高于的所致。等,提出加速成核和晶粒生长机理,其效果 在碳管含量较低时
11、 质量分数更为明显。这是由于有大量 的聚合物插人到了的束中,导 致了更好的分散,并提供了更大的表面积用于成核。他们还用模型解释 了复合材料的结晶行为。阻姗与耐热性能等,发现熔 融 共混 法制备的复合材料阻燃性能和热稳定性比纯明显提高。热分解峰值从纯的左右升高到含质量分数复合材料的左 右。等,研究复合材料的非等温降解 动 力学,他们发现复合材料与纯相 比具有 更低 的降解峰值温度和更窄的降解温度区间,降解后的残留量却高于纯的。结语复合材料的制备和性 能研 究已取。现代塑料加工应用年月得了一些进展,但复合材料的载荷传递机理和失效机理尚未能很好理解,的分散、坡料含量的影响、界 面问题 和性能稳定性等
12、也未彻底解决,这些都有待于发展和完善着成本降低、表面修饰和复合材料制备工艺的完善等,人们对于复合材料的理解会越来越深人,复合材料也将获得更多的应用参考文献朱洪伟,吴德海,徐才录碳纳米管北京 机械工业出版杜,卯,一,李境,刘白玲,高利珍 高物碳纳米管复合材科研究进展合成化学,沈曾民碳纳米管树脂复合材料的力学性能和雷达波吸收性能的研究复合材料学报,目,卯一一四,一云,叩卯即卯,王彪,孙广平,孙恩国等策丙始 多璧碳纳米管复合材料的热性能和流变性能高分子学报,吕,卜一一,即,王琪,和生,陈英红等康合物复合粉体及其固相剪切分散的制备方法中国,解孝林,周兴平,谭井等马来酸醉接枝对策丙始 碳纳米管复合材料性能的影响合成像胶工业,一仓一,一,阮介名卯卜卜,卯,一,即,一,段冷呀一即附卯,一,