VGCF/SMPU复合材料的形状记忆性能研究

形状记忆聚氨酯因具有热致形状记忆特性而引起世界的极大兴趣,自20世纪80年代以来迅速发展成为一种新型的功能材料.本文以1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,采用溶液混合法制备了形状记忆聚氨酯/气相生长碳纤维复合材料薄膜,利用扫描电镜观察了气相生长碳纤维在形状记忆聚氨酯中的分散性,测试分析了加入气相生长碳纤维对形状记忆聚氨酯的热致形状记忆性能的影响.扫描电镜观察显示:气相生长碳纤维含量达到3%(质量分数,下同)时在形状记忆聚氨酯中开始有少量团聚现象,含量达到5%后团聚现象比较明显;形状记忆性能测试发现:加入气相生长碳纤维不同程度的降低了复合材料的热致形状记忆性能,根据对形状记忆聚氨酯中两相结构的相分离程度及软段结晶情况的不同影响而反映为对形状记忆性能的不同影响.     

溶剂对VGCF/SMPU复合材料形态结构的影响

以气相生长碳纤维(VGCF)为填料,形状记忆聚氨酯(SMPU)为基体,溶剂分别使用NMP、DMF、THF,采用溶液共混法制备了气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料.利用紫外可见分光光度计、扫描电镜和光学显微镜等测试分析了不同溶剂对气相生长碳纤维分散性的影响及对复合材料形态结构的影响.结果表明:不同的溶剂对气相生长碳纤维的分散性和复合材料的形态结构有较大影响,其中NMP为制备气相生长碳纤维,形状记忆聚氨酯复合材料的最佳溶剂.     

表面改性处理对气相生长碳纤维的微观结构影响

为了使气相生长碳纤维(VGCF)能更好地作为高分子基体的增强材料,采用双氧水和硝酸(H₂O₂和HNO₃)二步处理法、硅烷偶联剂处理法及H₂O₂和HNO₃处理后再用硅烷偶联剂处理的联用改性法分别对VGCF进行表面改性处理,研究表面改性对VGCF微观结构的影响。利用AFM、FTIR、TG和XRD比较分析了改性处理对VGCF的表面微观结构、官能团、热稳定性和晶格等的影响。结果表明：3种处理方法对VGCF晶格无明显影响;H₂O₂和HNO₃二步处理法能在纤维表面接枝羧基等含氧基团;硅烷偶联剂处理法能使纤维表面接枝硅氧烷低聚物;H₂O₂和HNO₃处理后再用硅烷偶联剂处理联用改性VGCF,能使其表面接枝上更多的硅氧烷低聚物,有利于提高VGCF与高分子材料的亲和性。     

VGCF的表面处理对VGCF/SMPU复合材料力学和热学性能的影响

用二步法对气相生长碳纤维(VGCF)进行表面改性处理,然后用溶液混合法制备了VGCF/形状记忆聚氨酯(SMPU)复合材料.用扫描电镜观察分析了VGCF在SMPU基体中的分散性以及与基体的界面结合情况,研究了复合材料的力学性能和热学性能.结果表明:与未经二步法处理的VGCF相比,用二步法表面处理使VGCF在基体中的分散性及与基体的界面结合能力得到较大的提高,且使其对复合材料的拉伸强度及拉伸弹性模量的增强效果更为明显;虽然SMPU与VGCF复合后的断裂伸长率有所降低,但是与未处理的VGCF制备的复合材料相比,断裂伸长率有明显增大;表面处理的VGCF更有利于提高复合材料的热稳定性.     

溶剂对VGCF/SMPU复合材料形态结构的影响

以气相生长碳纤维（VGCF）为填料,形状记忆聚氨酯（SMPU）为基体,溶剂分别使用NMP、DMF、THF,采用溶液共混法制备了气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料。利用紫外可见分光光度计、扫描电镜和光学显微镜等测试分析了不同溶剂对气相生长碳纤维的分散性影响及对复合材料形态结构的影响。结果表明：不同的溶剂对气相生长碳纤维的分散性和复合材料的形态结构有较大影响,其中NMP为制备气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料的最佳溶剂。     

硅烷化处理对气相生长碳纤维分散性及界面结合的影响

气相生长碳纤维经双氧水改性处理,然后采用不同浓度硅烷偶联剂(γ-氨丙基三乙氧基硅烷)进行硅烷功能化处理.利用光学观察和SEM研究经过硅烷功能化处理前后的VGCF在溶剂中的分散稳定性及在复合材料中的分散性及与基体结合情况.结果显示:不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在溶剂中具有不同的分散稳定性;在制备的气相生长碳纤维/形状记忆聚氨酯复合材料中,不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在基体中分散性不同;不同浓度硅烷功能化处理的VGCF在复合材料中与基体的界面结合均得到一定程度提高,将有利于有效增强复合材料的力学性能.最终结果表明,硅烷与气相生长碳纤维质量比1:1的功能化处理为最佳.