基于聚亚胺的碳纳米管增强复合材料的制备及其性能研究

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由于具有独特的管状结构及良好的化学稳定性,碳纳米管常被用做高分子材料机械及电学性能的增强材料。聚亚胺作为一类刺激响应性聚合物,基于亚胺交换反应制备获得,在水和热的驱动下具有可锻塑性及修复性。此外,醛胺缩合反应的可逆特性赋予聚亚胺材料可方便回收的优势。这些特点使得聚亚胺材料有良好的应用前景。但纯的聚亚胺薄膜通常都是绝缘材料,且机械性能较差。为提升聚亚胺的机械及电学性能,本论文将引入碳纳米管作为聚亚胺的增强相用以制备相应的复合材料。具体工作如下:(1)多壁碳纳米管/聚亚胺复合材料制备及性能研究将市售的多壁碳纳米管作为增强相制备不同碳纳米管含量的聚亚胺复合材料(PI-MWCNTs)。其中PI-MWCNTs(1 0wt%)的综合性能最佳,拉伸强度为74.07MPa,电导率为 56.99S/m。对 PI-MWCNTs(10wt%、15wt%、20wt%)的热变形性分析得出,材料的形状在热作用改变后,电导率基本不变。对PI-MWCNTs(10wt%)的伸长率与电导率关系进行探究。薄膜伸长10%后,电导率下降7.07%。对PI-MWCNTs(5wt%、10wt%)薄膜的修复性能及回收性能进行探究。热修复三次后电导率的下降幅度分别为10.26%及9.14%。拉伸强度波动幅度为11.25%及15.6%。回收三次后,两种薄膜的电导率的波动比例分别为9.6%及4.07%,拉伸强度波动范围比例分别为11.4%和9.7%。PI-MWCNTs(15wt%、20wt%)两种薄膜的电导率随温度升高而增加,具有线性温度传感性,是一种可待开发的柔性电子材料。(2)酸化多壁碳纳米管/聚亚胺复合材料的制备及性能研究使用硫酸和硝酸对多壁碳纳米管酸化处理后制备不同酸化多壁碳纳米管含量的聚亚胺复合材料(PI-AMWCNTs)。其中,PI-AMWCNTs(5wt%)的电学性能最优,电导率为0.0055S/m。PI-AMWCNTs(1 wt%)的机械性能最佳,拉伸强度为73.29MPa。对PI-AMWCNTs(1wt%)材料的修复性及回收性能进行探究后发现:修复三次后,材料的拉伸强度下降比为18.1%。回收三次后,材料的拉伸强度下降比为14.6%。(3)负载银纳米颗粒多壁碳纳米管/聚亚胺复合材料的制备及性能研究使用苄硫醇、硝酸银及多壁碳纳米管制备负载银纳米颗粒多壁碳纳米管AgNPs/MWCNTs,随后制备了负载银纳米颗粒的多壁碳纳米管/聚亚胺复合材料(PI-AgNPs/MWCNTs)。PI-AgNPs/MWCNTs(10wt%)的电学性能最佳,电导率为0.4S/m。PI-AgNPs/MWCNTs(5wt%)的机械性能最优,拉伸强度为66.31MPa。对PI-AgNPs/MWCNTs(5wt%)的修复性能及回收性能进行探究后发现:修复三次后,薄膜的电导率下降7.7%。拉伸强度波动幅度为16.6%。回收三次后,薄膜的电导率波动比例为8.3%。拉伸强度的下降比例为10.78%。
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