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碳纳米管(CNTs)是一种新型的一维纳米材料,由于其独特的结构、力学性能和电性能,被认为是复合材料的理想填充材料,碳纳米管与聚合物的复合可以实现材料各组份的优势互补或加强,能有效地利用碳纳米管的独特性能。但是碳纳米管具有很高的表面自由能,易团聚,难分散,使得碳纳米管在复合材料中的应用受到一定的限制。本论文通过对碳纳米管进行表面功能化处理,以改善碳纳米管在各种介质中的分散性。采用共混法首次制备了环氧树脂功能化的碳纳米管/聚氨酯(PU)纳米复合材料和环氧树脂功能化碳纳米管纳米复合材料,以及功能化的碳纳米管/聚丙烯腈(PAN)纳米复合纤维。本论文的工作对开展功能化复合材料研究具有重要意义和实际应用价值。
论文主要从事以下几方面的工作:
(1)通过对碳纳米管表面进行羧基化过程,研究不同氧化条件下对碳纳米管羧基化过程的影响,结果表明混合酸体系具有明显的氧化效果。
(2)通过环氧树脂对碳纳米管表面进行改性,经过功能化的碳纳米管(MWNT-Epoxy)在有机溶剂中具有较好的溶解性。进一步制备MWNT-Epoxy/PU复合材料,含5%MWNT-Epoxy的PU复合材料拉伸强度提高76%,同时在拉伸率100%的条件下,弹性回复率得到明显提高。
(3)通过二胺和环氧树脂对碳米管表面进行改性,制备功能化碳米管/PAN复合材料,结果表明:含5%功能化碳纳米管的PAN复合材料动态力学测试结果储能模量在60"C以下明显提高,从tanδ-T中可以看出PAN的玻璃化转变(Tg)从106℃提高到116℃,同时拉伸强度比纯PAN提高53%。
(4)通过Triton X-100接枝碳纳米管表面,并与PAN和二甲基甲酰胺(DMF)制得静电纺丝液,成功制备出纳米复合纤维。通过SEM和TEM观察,发现了高取向排布功能化碳纳米管PAN纳米纤维,研究了碳米管在纳米纤维基体中的分布形态,探讨了纳米纤维高取向的形成机理。