碳纳米管在低密度聚乙烯基体中的形态研究

论文摘要

碳纳米管(CNTs)具有优异的物理和力学性能,在诸多领域具有广阔的应用前景,其中一个重要领域是以碳纳米管作为增强相,制备具有较强力学性能、电学性能和热学性能的复合材料。但尚存在工艺复杂、成本高产量低、碳纳米管不纯净易于团聚、碳纳米管在基体中不易取向、基体和增强相之间界面结合力较差等问题有待解决。本文以低密度聚乙烯(LDPE)为基体,以多管壁碳纳米管(MWNTs)为增强材料合成复合材料。通过超声、搅拌和密炼等工艺,使MWNTs在聚乙烯基体中达到比较理想的分散,借助自制模具制备了具有一定取向程度的碳纳米管/聚乙烯纳米复合材料。利用FEI sirion扫描电子显微镜对MWNTs的分散程度进行观测,定性分析了成型工艺对分散性的影响。本论文测试了不同含量MWNTs的样品的拉伸强度、弹性模量及冲击强度等,分析了不同含量的MWNTs对复合材料热性能和力学性能的影响。实验结果表明,MWNTs在LDPE中分散性较好,具有一定的取向度,复合材料的力学性能和热性能良好,同时说明本实验所采用的碳纳米管在聚乙烯基体中的分散方法是有效的。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料简介
• 1.1.1 纳米材料的定义及发展
• 1.1.2 纳米材料的性质
• 1.2 纳米复合材料
• 1.2.1 纳米复合材料的定义
• 1.2.2 纳米复合材料的构成
• 1.2.3 纳米复合材料的命名
• 1.2.4 纳米复合材料的性能特点
• 1.2.5 纳米复合材料的结构及表征
• 1.3 聚合物基纳米复合材料
• 1.3.1 聚合物基纳米复合材料的定义及分类
• 1.3.2 聚合物基纳米复合材料的制备方法
• 1.3.3 聚合物基纳米复合材料的性能
• 1.4 碳纳米管/聚合物复合材料
• 1.4.1 碳纳管的种类、性能及作用
• 1.4.2 碳纳管的分散技术
• 1.4.3 碳纳米管的潜在性能、用途和优先突破的应用领域
• 1.4.4 碳纳米管/聚合物复合材料的类型及制备方法
• 1.4.5 碳纳米管/聚合物复合材料发展前景及需要解决的问题
• 1.5 碳纳米管/聚合物复合材料的研究概况
• 1.5.1 国外概况
• 1.5.2 国内概况
• 1.6 本文所用碳纳米管和基体的选择
• 1.6.1 碳纳米管的选择
• 1.6.2 低密度聚乙烯基体的选择
• 1.7 本论文研究的内容、目的与意义
• 1.7.1 本文研究的主要内容
• 1.7.2 研究目的和意义
• 1.8 课题来源
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料、化学试剂与仪器
• 2.2 实验流程
• 2.2.1 低密度聚乙烯溶剂的选择
• 2.2.2 碳纳米管的超声处理
• 2.2.3 碳纳米管与低密度聚乙烯混合
• 2.2.4 碳纳米管/低密度聚乙烯薄膜的制备
• 2.2.5 碳纳米管/低密度聚乙烯混炼及模板的制备
• 2.2.6 做取向处理的碳纳米管/低密度聚乙烯薄膜的制备
• 2.3 结构与性能表征
• 2.3.1 碳纳米管在薄膜中的分散性观察
• 2.3.2 碳纳米管在模板中的分散性观察
• 2.3.3 复合材料的力学性能测试
• 2.3.4 复合材料的热学性能分析过程
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 碳纳米管在低密度聚乙烯中的的分散性及其研究
• 3.1.1 纯碳纳米管的 SEM 图
• 3.1.2 多管壁碳纳米管在在低密度聚乙烯薄膜中的分散性
• 3.1.3 多管壁碳纳米管在在低密度聚乙烯模板中的分散性
• 3.1.4 从冲击断面处分析碳纳米管的形态
• 3.2 碳纳米管含量对未作未取向处理材料力学性能的影响
• 3.2.1 碳纳米管含量对复合材料拉伸强度的影响
• 3.2.2 碳纳米管含量对复合材料冲击强度的影响
• 3.3 做取向处理薄膜中碳纳米管的分散性
• 3.4 碳纳米管含量对做取向处理材料力学性能的影响
• 3.5 碳纳米管含量对复合材料热稳定性的影响及应用分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的论文