超高相对分子质量聚乙烯碳纳米管复合材料的性能研究

《超高相对分子质量聚乙烯碳纳米管复合材料的性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、东华大学硕士学位论文超高相对分子质量聚乙烯/碳纳米管复合材料的性能研究姓名：王新营申请学位级别：硕士专业：高分子材料加工与工程指导教师：王依民2003.2.18y中文摘要乙烯，碳纳米管，复合材料，冻胶嘲真空电弧蒸发石墨电极，并对产物作高分有纳米尺寸的碳的多层管状物——碳纳米管(CNTs)，国内学者常称之为巴基管。碳纳米管是由石墨单层绕同轴缠绕而成或由单层石墨圆筒沿同轴层层套构而成，其直径一般在一到几十个纳米之间，而长度可达几个微米。碳纳米管具有许多优良的物理性能。碳纳米管作为一维分子材料重量轻，

2、六边形结构完美连接，比碳纤维缺陷少得多，其强度极高，弹性模量高，同时具有纳米级直径微米级长度，长径比可达100～1000，以及sP2、SP3杂化几率不同而表现出的优良的弹性(甚至可弯曲后自动弹回)，是一种绝好的纤维材料，其性能优于当前任何纤维。碳纳米管有很高的长径比，一般大于1000，可以估计其强度比日前所知的材料要高两个数量级，用碳纳米管制备复合材料的最大优点是易于加工成型，而且纳米管的密度低，可以制得质轻的复合材料。作为纳米材料的一个新成员，碳纳米管这颗耀眼的新星，正以其超凡脱俗的物理和化学

3、性能受到人们日益广泛的嘱曰。7(U超高相对分子质量聚乙烯(IJHMWPE)具有其它材料无法比拟的优良性能，比如耐磨性极佳；抗冲击性极高，尤其是低温抗冲击强度，是目前已知塑料中最高的；摩擦系数小，只有0．07～0．11，且具有良好的自润滑性；化学性能稳定；抗老化性优异，在自然光照下，其老化寿命为50年以上；密度小，质量轻，超高相对分子质量聚乙烯的密度只有0．94k∥dm3。冻胶纺UHMWPE纤维是八十年代国外开发的新一代纤维，具有优良的力学性能如极高的杨氏模量、极佳的耐磨性及耐冲击性等，尽管UHM

4、WPE纤维具有如上所述的诸多优异性能，但也存在着某些弱点：流动性差，熔融状态下粘度极高，加工难度大，生产效率低，成本高；耐热性差，使用温度一般应控制在70(C以下；综合机械强度差，易蠕变；因此本课题将针对UHMWPE存在的缺陷以制备UHMWPE／CNTs复合材料并对其性能进行研究。根据碳纳米管的优异力学性能和热学性能，对UHMWPE的性能进行改善，先把碳纳米管进行纯化、有机化处理，在纺丝以前，将经过处理的碳纳米管预先用超声波分散在溶剂油中，采用冻胶纺将UHlVlwPE／CNTs纺成纤维，以期使得

5、UHMWPE的耐热性、力学性能、蠕变性和加工性进一步得到提高。在本课题研究中，TEM、IR、TGA、拉曼光谱分析仪等用来表征聚乙烯复合材料的性能。实验结果表明，经过处理后的碳纳米管不仅除去了大量的杂质，而且连接上了有益的有机官能团使得碳纳米管能够均匀的分散在溶剂油中。超高相对分子质量聚乙烯纤维的力学性能尤其是杨氏模量及韧性，分别提高了62％和26％。蠕变性、加工性和耐热性也得到不同程度的提高。该复合材料的其他性能如电学性能将进一步进行研究。门LJIHMWPE可以广泛应用于机械、运输、纺织、造纸、

6、矿业、农业、化工及体育运动器械等领域，而且其产品的开发和应用具有广阔的前景，新应用领域的开发，正日益受到人们的关注。针对UHMWPE的需求量有大幅度的增长，本科题对tmMWP髟CNTs的研究对于UHMWPE的应用领域的扩大有着重要的意义。疗AbstractCarbonnanotubeswerediscoveredbyIijimaNECJapan．Carbonnanotubeisnearidealwhiskersconsistingoffoldedgraphitewithcylindricalhe

7、xagonallatticestructure．Duringthegrowthofcarbonnanotube，dependingontheconditionsinwhichtheyareformed，theyassembleeitherasmultiwalledCO-axialtubes(MWNTs)orasbundles(ropes)consistingofindividualcylinder(singlewallcarbontubes，SWNT)packedintwodimensional

8、triangularlattice．Carbonnanotubehasmanyexcellentphysicalpropertiessuchasthelightdensity,perfectatomstructure，lessdefectthancarbonfiber,ultrahi【ghstrengthandelasticmodulus．Carbonnanotubehasextremelyhighlengthtodiameterratio，gentlymorethan1000，andthest