聚合物/无机粒子纳米复合材料的结构与性能研究

论文摘要

本论文系统的研究了:尼龙1010/碳纳米管、聚丙烯/碳纳米管纳米复合材料在常压下的热稳定性、结晶性能、流变行为、动态力学性能、导电性能以及复合体系的形貌结构和力学性能;尼龙1010/碳纳米管纳米复合材料在高压下的结晶行为以及形貌结构;聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的热稳定性、流变行为、形貌结构和力学性能。碳纳米管的引入可以显著的提高尼龙1010和聚丙烯的热稳定性,而且作为成核剂加速聚合物基体结晶,提高结晶温度。碳纳米管的引入显著的提高了聚合物基体的复合粘度、储存模量和损耗模量,特别是在低频区尤为明显。碳纳米管的引入使得聚合物基体表现出假塑性流体行为和强烈的剪切稀化行为,同时也减缓聚合物分子链的松弛。碳纳米管的引入明显的提高了尼龙1010基体的拉伸模量和玻璃化转变温度。此外,少量的碳纳米管显著的改善了聚丙烯的导电性能。尼龙1010/碳纳米管纳米复合材料在高压下熔体结晶和高温退火处理都可以生成熔点和结晶度较高的伸展链晶体;而且,高压熔体结晶的效果更为明显。尼龙1010/碳纳米管复合材料伸展链晶体的形成是转酰氨基作用、碳纳米管成核和链滑移弥散三种机理的共同作用的结果。聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的流变行为依赖于温度和有机蒙脱土的含量,并显示强烈的剪切稀化行为和非末端粘弹行为。有机蒙脱土的引入可以有效地提高聚乳酸基体的热稳定性。依据不同的有机蒙脱土含量,可以形成剥离、插层、剥离/插层共存的形貌结构体系。剥离型聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的力学性能要优于插层型的复合材料。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物/碳纳米管纳米复合材料体系
• 1.1.1 碳纳米管的制备
• 1.1.2 碳纳米管的纯化
• 1.1.2.1 物理方法
• 1.1.2.2 化学方法
• 1.1.3 单壁碳纳米管的修饰
• 1.1.3.1 化学修饰
• 1.1.3.2 物理吸附、包裹
• 1.1.4 碳纳米管的结构、分类和形态学
• 1.1.4.1 碳纳米管的结构
• 1.1.4.2 碳纳米管的分类
• 1.1.4.3 碳纳米管的形态学
• 1.1.5 碳纳米管的性能
• 1.1.5.1 电磁性能
• 1.1.5.2 光学性能
• 1.1.5.3 力学性能
• 1.1.6 聚合物/碳纳米管复合材料研究进展
• 1.1.6.1 聚合物/碳纳米管复合材料的类型及制备
• 1.1.6.2 聚合物/碳纳米管复合材料的性能
• 1.1.7 聚合物/碳纳米管复合材料制备科学存在的问题
• 1.1.7.1 碳纳米管的分散和界面结合力问题
• 1.1.7.2 碳纳米管在基体中取向的问题
• 1.1.7.3 碳纳米管成本的问题
• 1.1.7.4 其他问题
• 1.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料体系
• 1.2.1 蒙脱土的结构与物化性能
• 1.2.2 蒙脱土的有机化处理
• 1.2.2.1 有机季铵盐
• 1.2.2.2 偶联剂
• 1.2.2.3 有机鏻鎓离子
• 1.2.3 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的结构与表征
• 1.2.4 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的制备方法
• 1.2.5 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的性能
• 1.2.5.1 力学性能
• 1.2.5.2 热性能
• 1.2.5.3 阻燃性
• 1.2.5.4 气体阻隔性能
• 1.2.5.5 其他性能
• 1.2.6 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料的研究进展
• 1.2.7 聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料研究中存在的问题
• 1.3 本论文研究的目的、意义和主要内容
• 第二章 常压下尼龙1010/碳纳米管纳米复合材料的研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 样品制备
• 2.2.3 表征方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PA1010/CNT 纳米复合材料的热稳定性
• 2.3.2 PA1010/CNT 纳米复合材料的结晶熔融行为
• 2.3.2.1 非等温结晶与熔融行为
• 2.3.2.2 平衡熔点的确定
• 2.3.2.3 等温结晶动力学
• 2.3.3 PA1010/CNT 纳米复合材料的流变行为
• 2.3.3.1 线性流变行为
• 2.3.3.2 非线性流变行为
• 2.3.4 PA1010/CNT 纳米复合材料的动态力学行为
• 2.3.5 CNT、PA1010/CNT 纳米复合材料的形貌结构
• 2.3.6 PA1010/CNT 纳米复合材料的力学性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 高压下尼龙1010/碳纳米管纳米复合材料的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料与仪器
• 3.2.2 样品制备和表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PA1010/CNT 纳米复合材料高压结晶样品的熔融结晶性能
• 3.3.1.1 结晶压力对熔融结晶的影响
• 3.3.1.2 结晶温度对熔融结晶的影响
• 3.3.1.3 结晶时间对熔融结晶的影响
• 3.3.1.4 分段加压对熔融结晶的影响
• 3.3.2 PA1010/CNT 纳米复合材料高压结晶样品的结构特征
• 3.3.2.1 红外光谱分析（IR）
• 3.3.2.2 广角X 射线分析（WAXD）
• 3.3.3 PA1010/CNT 纳米复合材料高压结晶样品的形貌特征
• 3.3.4 PA1010/CNT 复合材料高压结晶样品的热稳定性和密度
• 3.4 本章小结
• 第四章 聚丙烯/碳纳米管纳米复合材料的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 样品制备
• 4.2.3 表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 热稳定性
• 4.3.2 非等温结晶行为
• 4.3.3 流变行为
• 4.3.3.1 线性流变行为
• 4.3.3.2 非线性流变行为
• 4.3.4 导电性能
• 4.4 本章小结
• 第五章 聚乳酸/有机蒙脱土纳米复合材料的研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 样品制备
• 5.2.3 表征方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 PLA/OMMT 纳米复合材料的流变性能
• 5.3.2 PLA/OMMT 纳米复合材料的结构与形貌
• 5.3.3 PLA/OMMT 纳米复合材料的热稳定性
• 5.3.4 PLA/OMMT 纳米复合材料的力学性能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻博期间发表文章及其他成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢