纳米碳管聚合物复合材料制备与性能研究

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1、沈阳理工大学硕士学位论文摘要纳米碳管具有完美的结构和优异的力学和电学性质，被认为是制备结构／功能型复合材料的理想原料。而发挥其优异性能的前提是解决其在基体中的分散和与基体界面的结合问题。本论文以生物医用材料—聚乙烯醇(PvA)水凝胶和耐高温聚合物材料一聚酰亚胺(PI)为基体，研究了添加纳米碳管对聚合物性能的影响。实验从纳米碳管的优选、提纯和分散入手，进而通过溶液法制备纳米碳管，聚乙烯醇杂化水凝胶和纳米碳管／聚酰亚胺复合材料，力求解决纳米碳管在聚合物基体中分散的问题，为其今后在生物材料及功能材料等领域的应用奠定基础。本论文主要研究内容和结果如下：(1)通

2、过对纳米碳管优选、提纯和分散预处理过程进行研究，最终确定以流动催化剂法制备的直径50nm左右，杂质含量相对较少的多壁纳米碳管为原料。对其进行混酸氧化提纯后，用高能超声分散的方法制备均匀的纳米碳管分散液，用于复合材料的制备；(2)利用纳米碳管水分散液，以溶液法制备了纳米碳管，聚乙烯醇杂化水凝胶。力学和溶胀性能研究结果表明，添加纳米碳管可以提高水凝胶的力学性能和溶胀性能。当纳米碳管的添加量为0．5％时，与同样循环次数为7的纯PVA水凝胶相比，其弹性模量提高了78．2％，拉伸强度提高了94．3％，断裂伸长率提高了12．7％，溶胀度提高了35．7％；(3)利用

3、纳米碳管的N甲基吡咯烷酮分散液，通过改变纳米碳管表面的性质和薄膜的制各条件，成功地制备了一系列均匀的纳米碳管／聚酰亚胺薄膜。研究结果表明，添加酰氯化后的纳米碳管到Pl中可以改善PI的拉伸性能，而对PI的热稳定性和光学性质没有明显的影响。当添加1．0％的纳米碳管时，与纯Pl相比复合材料的杨氏模量增加了25．6％，拉伸强度增加了31．O％，断裂伸长率增加了7．6％。关键词：纳米碳管；复合材料；分散；力学性质沈阳理工大学硕士学位论文AbstractCarbonnanotubes(CNTs)withperfectstructureanduniquemechan

4、icalandelectricpropertiesareconsideredasanidealmaterialsfurstructuralandfunctionalcomposites．However,allthesedependonthesolutionoftheproblemsonthedispersionandinterracialbondingwiththematrixofCNTs．Inthethesis，polyvinylalcohol(PVA)hydrogelandpolyimide(PI)werechosenasthepolymermat

5、rixtoinvestigatetheinfluenceofCNTS．whichcanbeusedinthefieldofbiomaterialsandheatresistancematerials．respectively．Atfirst,thehigh-quaUtyC'l甲rswcrechosen,purifiedanddispersedinacertainsolvent．ThenCIqT／PVAhybridhydrogalsandCNT／PIcompositeswerepreparedbysolutionmethod．Theaimofthestu

6、dyistosolvetheproblemsoftheCNTdispersioninthepolymermatrix．Anditwilllayafoundationfurtheirapplicationinthefieldofbiomaterialsandfunctionalmaterials．Themaincontentsandresultsarcasfullows：(1)BychoosingthehiglI—qualityCNTsandthestudyontheirpurificationanddispersion，themulti-walleda

7、ll'bonnanotubeswiththe50rimdiametersandlessimpuritieswasaffirmedtobeusedasrawmaterials．Aftertheywerepurifiedbythemethodofmixedacidoxidationandevenlydispersedinthesolventbyhigh—powersonication．theirsolutionwerewaitingfurthepreparationofCNT／polymermaterials；(2)TheCNT／PVAhybridhydr

8、ogelswerepreparedbysolutionmethod．TheCNTsweredi