自从碳纳米管(CNTs)被发现以来,就引起人们极大的兴趣。CNTs具有优异的力学性能,优良的化学稳定性和热稳定性,良好的电性能及微波吸收等特性,并具有独特的一维纳米结构所特有的纳米效应,使其成为聚合物材料理想的增强体,并能赋予聚合物材料许多新的功能。然而CNTs的表面能较高,容易发生团聚,使它在聚合物基体中难以实现均匀细小分散。CNTs要作为增强材料必须要与聚合物基体紧密结合,这样才能使应力有效地传递到CNTs上。如何均匀分散CNTs并增强CNTs和聚合物基体之间的界面结合,是目前急需解决的研究课题。首先,本文研究了多壁碳纳米管(MWNTs)和导电炭黑(CB)对聚丙烯(PP)复合材料导电性能和逾渗阈值的影响,同时研究了MWNTs和CB用量对PP复合材料的力学性能和结晶性能的影响。研究结果表明PP复合材料的体积电阻率随MWNTs或CB含量的变化均表现出明显的逾渗现象,PP/CB复合材料的逾渗阈值较高,为9.5 wt%左右,而PP/MWNTs复合材料的逾渗阈值在8.0 wt%左右。在PP基体中加入少量MWNTs或CB,可以使PP复合材料拉伸强度和缺口冲击强度提高;但是随着MWNTs或CB含量的继续增大,PP复合材料拉伸强度和缺口冲击强度显著降低。MWNTs或CB的加入使PP材料的断裂伸长率大幅下降。MWNTs或CB的加入明显提高了PP复合材料的热稳定性。MWNTs或CB都能够作为PP的成核剂,促进PP的结晶,使PP的结晶峰温度、结晶总速率和成核速率提高,晶体尺寸分布变窄。当MWNTs含量为0.5 wt%时,MWNTs的成核作用显著,而CB含量为2.0 ~ 3.0 wt%时,CB粒子的成核作用才显著。与CB相比,MWNTs具有更高的比表面积和更发达的树枝状结构,这使得MWNTs对PP复合材料性能影响优于CB。然而碳纳米管之间存在的较强的德华力以及MWNTs与PP基体之间较差的界面结合使MWNTs在PP基体中的难以均匀分散,这些都限制了MWNTs对PP复合材料性能的提高。其次,为了解决MWNTs在PP基体中的分散不均匀的问题,本文使用了一种硅烷偶联剂表面处理MWNTs的方法。先通过溶胶-凝胶法在MWNTs表面包覆一层氧化硅,然后再用硅烷偶联剂对包覆MWNTs进行表面处理后制备PP/MWNTs复合材料。甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)表面处理碳纳米管能够有效提高MWNTs在PP基体中的分散,增加MWNTs与PP基体之间的界面结合。相同MWNTs含量下,经过表面处理的PP复合材料的拉伸强度高于未经过表面处理的PP复合材料。同时研究了三种不同的硅烷偶联剂表面处理对PP/MWNTs复合材料力学性能的影响。KH-570表面处理对PP复合材料力学性能改善效果优于其他两种硅烷偶联剂,这主要是由于不同硅烷偶联剂有机基团链与PP基体之间的界面结合不同。通过示差扫描量热(DSC)分析方法研究了经过表面处理和未经过表面处理的PP/MWNTs复合材料的非等温结晶行为,并利用Avrami方程和Hoffman结晶理论描述了复合材料中PP的等温结晶动力学。研究结果表明,经过表面硅烷偶联剂处理后,MWNTs在PP基体中的异相成核效应显著提高,促进PP的结晶,使PP的结晶速率增大,折叠链表面自由能σe降低。最后,本文研究了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)/MWNTs复合材料。在研究过程中,使用了原位乳液聚合法来制备PMMA接枝MWNTs。在高剪切条件下,以2,2’-偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂用乳液聚合法制备了PMMA接枝的MWNTs(g-MWNTs),然后与PMMA熔融共混得到了PMMA/MWNTs复合材料。PMMA复合材料的流变结果表明,PMMA/纯MWNTs复合材料的流变逾渗阈值约为2.5 wt%,而PMMA/g-MWNTs复合材料的逾渗阈值约为1.5 wt%。这种差异是由于MWNTs表面接枝了PMMA分子链后,即使单根碳管与单根碳管之间的距离大于PMMA分子链段的旋转半径,也可以通过接枝在MWNTs表面的PMMA分子链与基体中的PMMA分子链产生缠结,从而形成一个连续的MWNTs-PMMA分子链。因此,仅需相对较少量的g-MWNTs就可以在PMMA基体中形成连续的MWNTs-PMMA分子链网络。本论文的主要创新之处:(1)研究了一种先通过溶胶-凝胶法在MWNTs表面包覆一层氧化硅,然后再用硅烷偶联剂对MWNTs进行表面处理的方法。与其它报道过的用硅烷偶联剂处理MWNTs表面的方法,这种方法不需要先通过化学氧化处理在碳纳米管表面引入羟基,从而没有破坏MWNTs的结构。(2)研究了不同含量PP/MWNTs和PP/硅烷偶联剂处理MWNTs复合材料的等温和非等温结晶行为。研究PP结晶过程的各种参数及了解其影响条件,探讨了MWNTs表面硅烷偶联剂处理对PP结晶的影响,为选择合适配方和优化加工成型条件等提供一定的实验依据。(3)研究了一种在高剪切条件下,用乳液自由基聚合法制备PMMA接枝MWNTs的方法。在以往聚合过程中超声波技术常常被应用来帮助碳纳米管均匀分散在乳液中,而这种方法用高剪切取代超声波分散碳纳米管,为制备聚合物包覆或聚合物接枝MWNTs提供了一种新的方法。(4)对比研究了不同含量PMMA/MWNTs和PMMA/PMMA接枝MWNTs复合材料的动态流变行为,进一步探讨了复合材料内部结构-性能之间的相互关系。通过“MWNTs-PMMA分子链网络”模型,解释了PMMA/MWNTs和PMMA/g-MWNTs复合材料流变逾渗阈值的差异,可以作为研究其它聚合物/无机填料复合材料结构-性能之间的相互关系的参考。