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一种MWNTs/硅橡胶柔性可伸缩导电复合材料的研究

作　者: 李帅
导　师: 徐勇
学　校: 南京理工大学
专　业: 高分子材料学
关键词: 多壁碳纳米管 硅橡胶 柔性可伸缩 导电复合材料
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


本文采用溶液混合辅助超声分散法制备了多壁碳纳米管(MWNTs)硅橡胶基复合材料,然后采用硝酸对MWNTs进行纯化,并利用与硅橡胶基体相容性较好的两种硅烷偶联剂(KH-550,KH-570)分别对纯化后的碳纳米管进行化学改性,最后通过相同方法成功制备了偶联剂改性修饰MWNTs/硅橡胶复合材料。利用透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、热失重分析(TG)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等手段对改性前后的碳纳米管进行表征；研究了不同方法处理的碳纳米管的对复合材料力学性能和电学性能的影响,并重点研究了在50%伸长率下拉伸循环次数对复合材料电学性能的影响。研究表明：添加两种纯MWNTs制得的复合材料的导电性能都不够理想,相对而言,拜耳公司生产的碳纳米管(BE-MWNTs)对硅橡胶的导电性能有更好的增强作用。硝酸纯化BE-MWNTs可以去除其中的杂质颗粒,并在其表面产生羧基、羟基等含氧基团；两种硅烷偶联剂均可以成功接枝在纯化后的碳纳米管表面,且不会破坏碳纳米管的基本结构。当MWNTs用量在一定范围内,复合材料的拉伸强度随MWNTs用量的增加而显著提高,但断裂伸长率有所降低；与纯硅橡胶相比,复合材料在保证一定的力学性能的前提下电导率随其用量的增大而增强,且在经过一定次数的拉伸循环后仍然具备导电性能,甚至比未经拉伸前的材料有一定提高。相对未经处理的MWNTs,经偶联剂特别是KH-570改性MWNTs所制得的复合材料的综合性能更优异。MWNTs表面的KH-570残基可以与硅橡胶中的固化剂组份通过共价键结合在一起,使MWNTs与基体的界面作用力明显提高,改善其在基体中的分散性,从而显著增强复合材料的综合性能；当KH-570改性的MWNTs的添加量为5 wt%时,复合材料的拉伸强度为3.23 Mpa、断裂伸长率为276.2%、静态电导率为37.716mS/cm、拉伸循环500次后仍然保持良好的导电性能。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-20
  1.1 前言  10
  1.2 文献综述  10-19
    1.2.1 碳纳米管介绍  10
    1.2.2 碳纳米管的纯化及修饰  10-12
    1.2.3 聚合物基碳纳米管复合材料研究进展  12-19
  1.3 本课题研究的意义和主要内容  19-20
2 MWNTs/硅橡胶复合材料的制备与性能研究  20-35
  2.1 引言  20
  2.2 实验部分  20-25
    2.2.1 实验原料  20-21
    2.2.2 实验仪器和设备  21
    2.2.3 纯硅橡胶样品的制备  21-22
    2.2.4 MWNTs/硅橡胶复合材料的制备  22-23
    2.2.5 测试方法  23-25
  2.3 结果与讨论  25-33
    2.3.1 硅橡胶最佳固化时间的确定  25-27
    2.3.2 MWNTs/硅橡胶复合材料拉伸断面形态观察  27-28
    2.3.3 碳纳米管用量对MWNTs/硅橡胶复合材料力学性能的影响  28-30
    2.3.4 碳纳米管用量对MWNTs/硅橡胶复合材料电学性能的影响  30-31
    2.3.5 拉伸循环次数对MWNTs/硅橡胶复合材料电学性能的影响  31-33
  2.4 本章小结  33-35
3 MWNTs的纯化及其化学修饰  35-44
  3.1 引言  35
  3.2 实验部分  35-37
    3.2.1 实验原料  35-36
    3.2.2 实验仪器和设备  36
    3.2.3 MWNTs的纯化  36
    3.2.4 不同硅烷偶联剂化学修饰MWNTs的制备  36
    3.2.5 测试方法  36-37
  3.3 结果与讨论  37-43
    3.3.1 MWNTs的拉曼光谱(Raman)表征  37-38
    3.3.2 MWNTs的X射线衍射(XRD)表征  38
    3.3.3 MWNTs的热失重(TGA)分析  38-39
    3.3.4 MWNTs的红外光谱(FT-IR)表征  39-41
    3.3.5 MWNTs的透射电镜(TEM)表征  41-43
  3.4 本章小结  43-44
4 不同偶联剂修饰的MWNTs/硅橡胶复合材料的制备与性能研究  44-53
  4.1 引言  44
  4.2 实验部分  44-45
    4.2.1 实验原料  44
    4.2.2 实验仪器和设备  44
    4.2.3 不同偶联剂修饰的MWNTs/硅橡胶复合材料试样的制备  44
    4.2.4 性能测试  44-45
  4.3 结果与讨论  45-52
    4.3.1 不同偶联剂修饰的MWNTs/硅橡胶复合材料的拉伸断面形态观察  45-47
    4.3.2 不同偶联剂修饰的MWNTs用量对复合材料力学性能的影响  47-49
    4.3.3 不同偶联剂修饰的MWNTs用量对复合材料电学性能的影响  49-50
    4.3.4 拉伸循环次数对复合材料电学性能的影响  50-52
  4.4 本章小结  52-53
5 总结  53-55
  5.1 本课题主要结论  53
  5.2 本文特色  53-54
  5.3 尚待进一步研究的问题  54-55
致谢  55-56
参考文献  56-63
攻读硕士学位期间所发表的论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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