碳纳米管∕聚合物复合材料的力学性能综述.pdf

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时间:2020-03-27

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1、技术管理碳纳米管/聚合物复合材料的力学性能综述包巧云(中国石化北京北化院燕山分院橡塑新材料合成国家工程研究中心北京102500)摘要:碳纳米管的优异的力学性能使其成为优选的复合材料合物修饰在碳纳米管壁上。第一类碳纳米管/复合材料制备的主的增强体。本文在简要介绍了碳纳米管/聚合物复合材料的制备要方法包括固相共融,液相共混和原位复合法。第二类复合材料方法以及碳纳米管的结构和力学性能,从复合材料中碳纳米管的复合比较简单,仅用共混的方法即可。组分、长径比、在聚合物中的取向、在聚合物的分散性以及与聚合1.液相共混复合法物的界面性能这五个方面分析了碳纳米管/聚合物基复合

2、材料的首先将CNTs加入到聚合物的溶剂中,并使CNTs均匀分散力学性能。在溶剂中,然后再将聚合物溶解其中,除去溶剂后可得CNTs/聚关键词:碳纳米管;复合材料;力学性能合物复合材料;或将CNTs加入到聚合物溶液中后,利用机械或碳纳米管自1991年被Lijima[1]发现以来,因为他具有优异的超声分散,最后除去溶剂即得CNTs/聚合物复合材料。在此过电学性能、力学性能、和磁学性能,使得其在复合材料领域得到关程中CNTs均匀分散使用机械搅拌或超声波的空化作用,而溶剂注。由于碳纳米管独特的量子尺寸效应、体积效应、界面效应、表的挥发可以用真空挥发也可以直接挥发。值得

3、注意的是,溶剂应面效应、宏观隧道效应、超塑性和小尺寸效应而被广泛用于碳纳选择较易挥发、溶解聚合物性能好且有利于CNTs分散的溶剂。米管/聚合物基复合材料的增韧增强材料。众多科研人员对制备这种方法操作简单、方便快捷。但也存在着碳纳米管在复合材料增强的聚乙烯、环氧树脂、聚苯炔、聚丙烯等复合材料,并对增强中难以均匀分散,而且无法控制其取向性的问题。所以往往要加后复合物的结构性能进行了研究[2]。碳纳米管的长径比一般大于入表面活性剂对碳纳米管进行预处理。Shaffer[9]曾对碳纳米管1000,相对较高,因碳原子间以-C-C-共价键结合所以具有纳米进行化学预处理,先

4、使碳纳米管表面带上静电荷,然后让其在溶级尺寸,且具有较好的轴向强度模量延伸率弯曲性和较强的耐强液中均匀分散,最后与聚乙烯醇互相融合,以此制备碳纳米管与酸碱腐蚀性,所以可用作增强复合材料的超级纤维[3]。由于碳纳聚乙烯醇复合膜,在此制备过程中碳纳米管能均匀分散在聚乙烯米管纳米级的径向尺寸,且表面能较高,因此容易在聚合物中发醇基体中,因此形成的复合膜是稳定的。生团聚,导致分散性较差,使得碳纳米管和聚合物的界面作用力2.固相共融复合法相对较弱,载荷不能有效从聚合物基体中传递到碳纳米管,碳纳熔融共混复合法是用机械搅拌的方法将碳纳米管均匀分散米管就会在剪切力作用下被从

5、聚合物中被抽出,从而影响了复合在聚合物熔体中制备碳纳米管/聚合物复合材料,这主要是利用材料的力学性能[4]。基于以上分析,本文主要叙述增强体—碳纳熔体的剪切力避免碳纳米管的聚集从而不能再团聚,最终使碳纳米管对纳米管/聚合物基复合材料力学性能的影响。米管能均匀分散在聚合物基体中。使用的共混设备包括平板研一、碳纳米管的结构磨机、转矩混合仪、螺杆挤出机等设备,这类设备的共同点是可以碳纳米管是由一层或一层以上石墨经螺旋卷曲而形成的圆提供高温剪切加工。熔融共混复合法可以避免表面活性剂或溶管,圆管两端由六元环或五元环封合而形成“碳帽”。按形成石墨剂污染复合材料,复合膜一

6、般没有破损,但适用范围有限,仅适用层数的差异,可分为多壁碳纳米管和单壁碳纳米管[5]。多壁碳纳于聚合物不易分解且耐高温的条件。与液相共混复合法相似,也米管由两层或两层以上石墨同轴套构形成,并以范德华力结合,存在着碳纳米管取向不确定和分散不均匀的缺点。但总体说来,相邻石墨层间的距离为3.4A,直径多在2nm以上,有的高达数百熔融共混复合方法相对操作简单,成本较低,非常适合于工业化纳米。根据形成碳纳米管的石墨层卷曲方式,可分为非螺旋型和流水线生产,遗憾的是CNTs在聚合物中的分散往往并不能达到螺旋型两类。单壁碳纳米管是由一层石墨卷曲成的网状圆管单非常理想的水平[

7、10]。分子结构材料,为无缝结构,结构较为完美。其直径一般在1.2-3.原位化学聚合法1.4nm之间,最小为0.4nm,长度可达厘米级[6],长径比为104-原位化学聚合法是单体在引发剂的作用下发生聚合反应,而105,所以是一维结构[7]。单壁碳纳米管于1993年被发现[8],一般以之前与之混合的碳纳米管的表面化学键也参与单体链式聚合反单根结构或者弹性弯曲或笔直管束结构存在,比多壁碳纳米管晚应,混合反应液的粘度不断增大,从液态转换到固态,完成聚合反2年[1]。单壁碳纳米管可根据其中石墨层的卷曲方式分为:手性应过程。原位化学聚合法能使碳纳米管在聚合物的矩阵内分

8、散型,锯齿型以及扶手椅型。均匀。因此该过程中碳纳米管

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