【摘要】：近年來,隨著納米技術的發(fā)展,利用碳納米管作為環(huán)氧樹脂的改性材料已成為新的研究熱點。碳納米管(CNTs)具有獨特的小尺寸效應、量子尺寸效應、表面效應以及優(yōu)異的力學性能和高導熱、導電性。將其與環(huán)氧樹脂復合,不僅能增強環(huán)氧樹脂基體,而且還能提高材料的熱、電性能。但由于碳納米管的納米級尺寸而具有大比表面積、大表面原子數(shù),分子間的范德華力促使它們在樹脂基體中很容易團聚在一起,降低了碳納米管作為增強填料的效果,致使復合材料性能下降。為此,需要對碳納米管表面進行化學改性,防止團聚的發(fā)生,提高其在樹脂基體中的分散穩(wěn)定性以及相容性。本文利用“巰基-炔”點擊化學法在碳納米管表面引入超支化聚合物,實現(xiàn)對碳納米管表面的化學接枝改性,“巰基-炔”點擊化學法相對于傳統(tǒng)的接枝方法,具有反應條件簡單、反應速度快、產率高等優(yōu)點。本文首先合成了超支化單體(3-巰基丙烯酸丁炔基酯),再通過“巰基-炔”點擊反應在碳納米管表面引入超支化聚合物(HBP)以制得超支化聚合物接枝碳納米管(CNTs-HBP),然后以雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51為基體材料,通過共混法制得超支化聚合物接枝碳納米管/環(huán)氧樹脂(CNTs-HBP/EP)復合材料。并對復合材料的力學性能、熱性能和電性能進行表征,研究碳納米管表面引入超支化聚合物對復合材料性能的影響。具體完成內容如下:(1)利用混酸對原始碳納米管進行預處理,然后將γ-巰基丙酸三甲氧基硅烷(KH590)通過水解縮合反應接枝碳納米管表面,得到巰基功能化碳納米管(CNTs-KH590)。利用紅外吸收光譜儀、綜合熱分析儀等對其進行表征。實驗結果表明,KH590成功接枝在碳納米管表面,且接枝率約為14%。(2)由于巰基易被氧化,可通過酯化反應以及一系列對巰基的保護與解保護反應,制得超支化單體(3-巰基丙烯酸丁炔基酯)。再基于“巰基-炔”點擊反應,使得巰基功能化碳納米管表面快速接枝上超支化聚合物,從而得到超支化聚合物接枝碳納米管(CNTs-HBP)。紅外吸收光譜儀、綜合熱分析儀、X射線光電子能譜儀和核磁共振分析儀等表征結果說明實驗成功合成了超支化單體,并且利用“巰基-炔”點擊反應成功將超支化聚合物接枝在碳納米管表面,且接枝率為17%。透射電子顯微鏡觀測結果表明超支化聚合物在碳納米管表面形成一層厚度大約為4~8 nm的柔性包覆層。此外,分散性實驗結果表明碳納米管表面引入超支化聚合物可明顯提高其在無水乙醇中的分散性。(3)以環(huán)氧樹脂E-51為基體材料,通過與原始碳納米管和超支化聚合物接枝碳納米管混合,制備了碳納米管/環(huán)氧樹脂復合材料,研究了碳納米管含量和超支化聚合物的引入對復合材料性能的影響。結果表明,超支化聚合物接枝碳納米管對環(huán)氧樹脂的增強效果明顯優(yōu)于原始碳納米管,當超支化聚合物接枝碳納米管含量為0.6 wt%時,復合材料的沖擊強度和彎曲強度都達到最優(yōu),分別為26.2KJ/m~2和285.86 MPa,相比純環(huán)氧樹脂分別提升了180%和72%。場發(fā)射掃描電鏡結果顯示,CNTs-HBP/EP復合材料斷口斷面處隨機分布著大量被外力破壞而斷裂的碳納米管,材料整體呈現(xiàn)出典型的韌性斷裂特征。(4)在熱性能方面,隨著CNTs-HBP含量的增加,復合材料的耐熱性提升,且玻璃化溫度向高溫區(qū)移動,同時復合材料的導熱性比純環(huán)氧樹脂有所提高。在電性能方面,隨著原始碳納米管含量的增加,材料體積電阻率開始下降,但隨著CNTs-HBP含量的增加,復合材料的體積表面電阻沒有出現(xiàn)明顯的下降,幾乎與純環(huán)氧樹脂的相當。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;TQ323.5
【圖文】：

碳納米管的結構圖

圖 1-1 碳納米管的結構圖納米管由于石墨片層在六邊形軸向具有不同取向的卷曲，可納米管，可以用一對整數(shù)（n，m）來表示單壁碳納米管結向和管的直徑。如圖 1-2 所示，當 n=m 時，其結構稱為扶 m=0 時，其結構稱為鋸齒型；當 n≠m 時，其結構稱為手之間相互作用力弱，所以可以沿著軸向方向繞軸旋轉和相對圍小，缺陷少，均勻一致性較好。碳納米管長度可達幾微米至大于 1000。

鍵作用力吸附在 CNT 表面，達到分散模擬計算，說明碳納米管與小芳香分電子與芳香分子的耦合作用。利用芳效的方法，能夠對 CNT 的電子性質進概述的結構與性能(hypergrafts or hypergrafted polymers 物之一。超支化聚合物在結構上相對完美而是存在這很多缺陷，其支化結聚合物上的官能團隨機分布于分子的。這些特有的結構性質使得超支化聚合了國內外大量研究學者對其進行了深

【參考文獻】

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本文編號：2770117