可溶性DBSA掺杂PANI接枝MWNTs复合材料的结构与性能

多壁碳纳米管(MWNTs)经对苯二胺功能化后,苯胺基团以3.7%的含量通过酰胺键连接到MWNTs表面(p-MWNTs),以十二烷基苯磺酸(DBSA)为掺杂剂和乳化剂,通过原位聚合,制备了在四氢呋喃(THF)中稳定溶解的DBSA掺杂聚苯胺(PANI)接枝MWNTs(PANI-g-MWNTs)导电复合材料.采用Raman光谱、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱(UV-vis)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和四电极电导率仪研究复合材料的结构与性能.实验结果表明,p-MWNTs表面的苯胺基团参与原位聚合反应,使PANI与p-MWNTs通过酰胺键连接起来,形成以p-MWNTs为核、DBSA掺杂PANI为壳的纳米结构.包覆层中DBSA掺杂PANI受限生长在p-MWNTs表面,其结构规整度较纯DBSA掺杂PANI提高.DBSA掺杂PANI-g-MWNTs复合材料溶解在THF中获得31.55 mg/mL的溶解度和至少1个月的稳定性,该复合材料的室温电导率为6.23×10-1 S/cm,较纯DBSA掺杂PANI提高1个数量级.     

DBSA二次掺杂聚苯胺接枝多壁碳纳米管复合材料的结构与性能研究

多壁碳纳米管(MWNTs)经对苯二胺功能化后,通过原位聚合及去掺杂和二次掺杂反应,首次制备了能在N_甲基吡咯烷酮(NMP)中稳定溶解的十二烷基苯磺酸(DBSA)二次掺杂聚苯胺接枝MWNTs(PANI-g-MWNTs)复合材料.研究表明:复合材料中PANI与p-MWNTs通过酰胺键连接,形成以p-MWNTs为核、DBSA 二次掺杂PANI为壳的纳米复合结构;当复合材料溶解在NMP中时,借助DBSA二次掺杂PANI的溶解性和p-MWNTs与PANI间的连接作用,使其在NMP中获得35.56mg/mL的溶解度和近1个月的稳定性;该复合材料的热稳定性在300～500℃明显提高,其室温电导率较DBSA二次掺杂PANI提高近两个数量级.     

聚苯胺功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的热性能与电性能研究

采用可溶性导电聚苯胺功能化多壁碳纳米管(PANI-MWNTs)与环氧树脂(Epoxy)溶液共混制备了PANIMWNTs/Epoxy复合材料。当PANI-MWNTs溶解分散于Epoxy溶液中时,包覆在MWNTs表面的PANI分子链溶解和溶胀把MWNTs隔开,使MWNTs均匀分散在Epoxy中。MWNTs良好地分散及MWNTs与Epoxy间的界面粘结作用,阻碍Epoxy大分子链段的运动和热分解在复合材料中的传播,复合材料的玻璃化转变温度和热稳定性显著提高。PANI-MWNTs的引入使复合材料电导率上升,当其含量为1.25wt%时,复合材料的室温电导率为9.35×10-6 S·cm-1比Epoxy提高7个数量级。     

复合磺酸体系原位聚合聚苯胺性能研究

采用不同比例的十二烷基苯磺酸(DBSA)与对甲基苯磺酸(TSA)复合磺酸体系替代盐酸体系,合成了具有一定溶解率的聚苯胺(PANI),研究了不同DBSA/TSA比例对掺杂态PANI的产率、掺杂程度、溶解率和电导率的影响.结果表明,DBSA/TSA摩尔比为7/3时所得PANI同时具有较好的电导率和溶解性.采用该体系合成的掺杂态PANI的电导率为1.1S/cm,在N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、四氯化碳和二甲苯中的溶解率(质量分数)分别为70%,40%,26%和19%.     

聚丙烯接枝马来酸酐修饰碳纳米管增强聚丙烯复合材料的制备及性能

采用混合溶剂的溶液法技术,对聚丙烯接枝马来酸酐(PP-g-MAH)包覆碳纳米管(MWNTs)与聚丙烯(PP)纳米复合材料的电学和力学性能进行了研究。PP-g-MAH包覆MWNTs在二甲苯溶液中呈现良好的分散性,红外结果表明,酸化碳纳米管后表面官能团如羟基、羧基与马来酸酐发生氢键作用。场发射扫描电镜(FESEM)也证明了PP-g-MAH修饰MWNTs在PP基体中分散良好,并且相容性也得到了明显改善。复合材料的拉伸强度和电导率都有较大的提高,其中导电性相比未处理碳管/聚丙烯提高了两个数量级。     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

聚苯乙烯/多壁碳纳米管复合丝的制备与性能

采用微型双螺杆挤出共混和熔融纺丝法制备了聚苯乙烯/多壁碳纳米管(PS/MWNTs)复合丝。通过添加改性剂可以提高复合材料的纺丝最大拉伸比。光学显微镜和扫描电镜观察发现,当MWNTs含量较小(<2%)时,MWNTs在基体中的分散比较均匀。随着MWNTs含量的增加,团聚增多,且大多数MWNTs沿纤维轴向取向排列。当MWNTs含量较小时,添加一定量改性剂可以提高复合丝的拉伸强度及尺寸稳定性。电性能结果表明,复合丝的导电渗流阈值出现在2%～5%之间。复合材料的流变渗流阈值与导电渗流阈值具有一致性。     

多壁碳纳米管/聚亚苯基苯并二噁唑复合材料的微结构与性能

以甲基磺酸(MSA)为溶剂通过溶液共混法制备了不同多壁碳纳米管(MWNTs)含量的多壁碳纳米管/聚亚苯基苯并二噁唑(MWNTs/PBO)复合材料, 用扫描电镜(SEM)对热处理前后复合材料的微结构进行了分析, 并对其导电、力学和耐热性能进行了研究。结果表明: MWNTs能均匀地分散在聚合物基体中, 并能形成一定的网络结构, 热处理后的复合材料较热处理前的结构更致密, 导电性能和力学性能都有所改善, 其中MWNTs质量分数为10％的热处理后复合材料与纯PBO聚合物相比, 体积电阻率降低约9个数量级, 而拉伸强度和拉伸模量分别提高了95％和53％, 耐热性能也有一定的提高。      

功能磺酸掺杂聚苯胺的电导率及其光谱特征研究

合成了十二烷基苯磺酸(DBSA)、磺基水杨酸(SSA)和对甲苯磺酸(TSA)掺杂的导电聚苯胺样品:PANI/DBSA,PANI/SSA,PANI/TSA.用四探针法测定其电导率,研究不同功能磺酸掺杂对聚苯胺电导率的影响,分析它们的FT-IR光谱、UV-VIS光谱吸收及NIR光谱反射现象及其变化.结果表明,功能磺酸掺杂剂的对阴离子尺寸大小影响其掺杂PANI的电导率和光谱特征,PANI/DBSA的对阴离子尺寸大于PANI/SSA,PANI/TSA,其电导率、FT-IR和UV-VIS图谱红移量都相对PANI/SSA,PANI/TSA大.同时不同功能磺酸掺杂聚苯胺的NIR光谱反射率为:PANI/DBSA＞PANI/SSA＞PANI/TSA.     

脱掺杂聚苯胺纳米纤维/低密度聚乙烯复合材料的制备及介电性能

采用苯胺单体与氧化剂"迅速混合"的聚合方法制备了盐酸掺杂的聚苯胺(PANI)纳米纤维,后经氨水脱掺杂得到脱掺杂聚苯胺纳米纤维,利用扫描电子显微镜观察了脱掺杂PANI纳米纤维的形貌。通过熔融共混的方式配制出不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料,采用傅里叶变换红外光谱研究了纳米复合材料的结构,并测量了不同温度、不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/LDPE复合材料的电导率、击穿强度和不同频率下相对介电常数及介电损耗。研究结果表明,实验得到了直径均一的脱掺杂PANI纳米纤维;添加适量的脱掺杂PANI纳米纤维的LDPE复合材料电导率降低;添加少量脱掺杂PANI纳米纤维复合材料的击穿强度没有降低;复合材料的相对介电常数先降低后增大,但介电损耗一直在增大。     

脱掺杂聚苯胺纳米纤维/低密度聚乙烯复合材料的制备及介电性能EI北大核心CSCD

采用苯胺单体与氧化剂"迅速混合"的聚合方法制备了盐酸掺杂的聚苯胺(PANI)纳米纤维,后经氨水脱掺杂得到脱掺杂聚苯胺纳米纤维,利用扫描电子显微镜观察了脱掺杂PANI纳米纤维的形貌。通过熔融共混的方式配制出不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/低密度聚乙烯(LDPE)复合材料,采用傅里叶变换红外光谱研究了纳米复合材料的结构,并测量了不同温度、不同PANI用量的脱掺杂PANI纳米纤维/LDPE复合材料的电导率、击穿强度和不同频率下相对介电常数及介电损耗。研究结果表明,实验得到了直径均一的脱掺杂PANI纳米纤维;添加适量的脱掺杂PANI纳米纤维的LDPE复合材料电导率降低;添加少量脱掺杂PANI纳米纤维复合材料的击穿强度没有降低;复合材料的相对介电常数先降低后增大,但介电损耗一直在增大。     

天然橡胶/炭黑/多壁碳纳米管复合材料的结构与性能研究

采用乳液混合共沉得到天然橡胶(NR)/多壁碳纳米管(MWNTs)母胶,母胶依次与硅烷偶联剂、天然橡胶、炭黑(CB)、硫磺等混炼、硫化得到NR/CB/MWNTs复合材料。MWNTs分散在十二烷基苯磺酸钠(SDBS)水溶液中,SDBS吸附在MWNTs表面使MWNTs稳定分散在水中。MWNTs悬浮液与NR乳液混合后,MWNTs随NR一起絮凝沉淀。为提高MWNTs与NR基体的界面粘结,母胶与偶联剂混炼后再与其他组分混炼。分散在母胶中的MWNTs与各混炼组分充分混合使MWNTs均匀分布于NR/CB/MWNTs复合材料中。MWNTs的均匀分散、MWNTs与NR的界面粘结以及MWNTs与CB的协同增强效应使NR/CB/MWNTs复合材料获得较高的力学性能、动态储能模量、玻璃化转变温度、导电性和导热性。     

取向碳纳米管/玻璃纤维增强树脂基单向层合板的制备及其力学性能

针对纤维增强树脂基单向复合材料横向刚强度低的问题,通过碳纳米管(CNTs)在单向复合材料横向方位取向控制技术研究,建立了一种CNTs在树脂基复合材料中电场取向装置,制备了取向CNTs/环氧树脂(EP)复合材料及取向CNTs/玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基单向层合板,并对不同电场强度、CNTs含量对其力学性能的影响进行了试验分析。结果表明,施加300V/cm的取向电场时,添加0.2wt%多壁碳纳米管(MWNTs)/EP储能模量较未添加MWNTs时提高了68.42%,较随机方位分布MWNTs/EP提高了1.36%;取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了72.2%和92.1%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了58.29%和61.43%;施加439V/cm的取向电场时,添加0.2wt%取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了64.7%和63%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了51.42%和36.90%,取向CNTs/GF增强树脂基单向层合板横向刚强度均得到了大幅提高。     

建筑用聚酯玻纤复合材料的制备与性能分析

选择不饱和聚酯树脂为基体材料，以玻璃纤维为增强相，采用模压成型工艺制备了不同玻璃纤维掺杂量(0,5%,10%,15%和20%(质量分数))的聚酯玻纤复合材料，分析了玻璃纤维含量对复合材料的微观形貌、热稳定性、拉伸性能和弯曲性能的影响。结果表明，聚酯玻纤复合材料中玻璃纤维和不饱和聚酯主要以物理作用为主，适量的玻璃纤维掺杂后能与聚酯基材紧密结合，分布具有方向性。随着玻璃纤维掺杂量的增大，聚酯玻纤复合材料的分解温度先增大后减小，且耐热性能提高，当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，复合材料的T_50%达到最大值368.47℃。力学性能测试表明，随玻璃纤维掺杂量的增大，复合材料的拉伸强度和冲击强度先增大后减小，断裂延伸率和弯曲强度持续降低，当玻璃纤维的掺杂量为15%(质量分数)时，复合材料的力学性能最优，拉伸强度最大为26.1 MPa,断裂延伸率为2.6%,冲击强度达到最大值8.1 MPa,弯曲强度为30.5 MPa。     

改性纳米或微米SiO_2的分散方法对木粉-SiO_2/聚丙烯复合材料力学性能的影响

未改性和乙烯基三甲氧基硅烷(VTS)改性的纳米SiO_2和微米SiO_2作为增强相,采用直接分散(干分散)和溶液分散(湿分散)两种方法将SiO_2添加到聚丙烯(PP)基体中。将木粉(WF)作为改性相添加到SiO_2改性的PP中制备WF-SiO_2/PP复合材料,探索SiO_2粒径、分散度及界面改性对复合材料增强效果的影响。红外光谱显示改性后的SiO_2已经成功接枝到PP基体上;与未填充SiO_2的WF/PP复合材料相比,干分散模式添加质量比为9%的微米SiO_2或9%的纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料的弯曲强度分别降低了21%和18%;然而,湿分散模式以VTS改性微米SiO_2和纳米SiO_2,WF-SiO_2/PP复合材料弯曲模量分别提高了17%和22%,且抗蠕变性能也明显改善;通过干分散和湿分散模式添加微米SiO_2,均使WF-SiO_2/PP复合材料冲击强度提高了17%。研究表明,在SiO_2粒子分散均匀且与基体界面结合良好的前提下,加入适量微米SiO_2或纳米SiO_2使WF-SiO_2/PP复合材料的冲击强度提高了15%～25%。     

Al2O3/环氧树脂-氰酸酯复合材料反应动力学及力学性能

以双酚A型环氧树脂(E51)和双酚A型氰酸酯(BCE)为原料,研究E51改性BCE共固化反应机制。同时,以E51-BCE为基体树脂,溶胶-凝胶法(Sol-Gel)自制Al2O3为增强体,制备Al2O3改性E51-BCE (Al2O3/E51-BCE)复合材料。通过非等温DSC确定了E51-BCE体系的固化工艺及固化反应动力学,并根据Kissinger法和Ozawa法求得体系的表观活化能分别为66.13 kJ/mol和69.46 kJ/mol。利用红外光谱跟踪固化体系在起始固化温度为160℃、 180℃时的反应历程,结果表明:起始固化温度在160℃时,以E51与BCE直接反应为主;起始固化温度在180℃时, BCE反应活性提高,以BCE自聚反应为主,生成三嗪环的速率加快,少量的BCE直接与E51反应生成恶唑啉结构。对Sol-Gel法自制Al2O3进行FTIR和TEM表征,结果表明:Al2O3为短纤维状的晶体,表面含有少量羟基。SEM结果显示:Al2O3为分散相,与基体间界面模糊, Al2O3/E51-BCE复合材料的脆断面裂纹不规则,为典型的韧性断裂;当Al2O3掺杂量为3wt%时, Al2O3在基体中分散均匀, Al2O3/E51-BCE复合材料的冲击强度和弯曲模量分别为24.2 kJ/m2和2.54 GPa,比基体树脂的冲击强度和弯曲模量分别提高53.65%和22.12%,力学性能得到明显改善。     

碳纤维-碳纳米管增强相的构筑及其三相复合材料力学性能

利用化学接枝的方法成功将碳纳米管(CNT)-聚醚酰亚胺(PEI)接枝到碳纤维(CF)表面，构筑CF-g-CNT增强相。结果表明，CF-g-CNT纤维的构筑可以有效地改善复合材料的界面、抗冲击和弯曲性能。考虑增强相对复合材料力学性能的影响，与双马来酰亚胺(BMI)复合后形成的CF-g-CNT/BMI复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高48.8%,10.8%,5.2%和14.6%;CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI-PEI-CNT提高56.9%,27.1%,12.5%和16.1%。综合考虑基体相和增强相对复合材料力学性能的影响，CF-g-CNT/BMI-PEI-CNT复合材料的界面剪切强度、冲击强度、弯曲模量和弯曲强度分别较CF/BMI提高57.7%,33.7%,20.0%和23.7%。CF-g-CNT中CNT-PEI可以有效地改变复合材料界面构成，改变界面处水平应力和垂直应力的扩展路径，有效避免应力集中，进而提高复合材料的力学性能。     

MWNTs/UHMWPE复合材料的导电行为

采用溶液混合、超声波分散的方法,制备了多壁碳纳米管（MWNTs）/超高分子量聚乙烯（UHMWPE）复合材料,并对其电学性能进行了研究。结果表明,该种方法可以使MWNTs比较好地分散于UHMWPE基体中,复合材料均表现出明显的渗流行为;长径比大的L.MWNTs-60100具有较小的渗流阈值,并且具有较小的正温度系数（PT...     

快速固化碳纳米管/苎麻纤维/环氧树脂复合材料层板的制备与性能

针对植物纤维/树脂基复合材料高性能化问题,本研究以羟基化碳纳米管/无水乙醇分散液预先浸渍苎麻纤维织物,得到了碳纳米管分散均匀的碳纳米管/苎麻纤维多尺度复合织物,并进一步以快速固化环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂灌注成型工艺(VARI)制备了碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂基复合材料层板(PRFC)。研究结果表明,相比未采用碳纳米管改性的苎麻纤维/环氧树脂复合材料(RFC),PRFC的弯曲强度提高14.7%,冲击强度提高20.9%。相比碳纳米管预先分散于环氧树脂基体中制备的碳纳米管改性苎麻纤维/环氧树脂复合材料(MRFC),PRFC的力学性能提高更显著。同时,PRFC的吸湿性能比MRFC和RFC的明显降低。     

聚十二烷基苯磺酸对聚苯胺电化学性能的影响

考察了多扫循环伏安法制备出的聚十二烷基苯磺酸/聚苯胺(PDBSA/PANI)复合材料的电化学性能。结果表明，与自吸附十二烷基苯磺酸/聚苯胺(DBSA/PANI)、纯PANI相比，PDBSA/PANI复合材料的荷电量最大，电化学阻抗最小，说明PDBSA更能显著地增强PANI的导电性；PDBSA/PANI复合材料的比电容为407.692F/g,比DBSA/PANI复合材料(339.307F/g)和纯PANI(235.088F/g)均高，表明PDBSA可以较大程度地改善PANI的电荷贮存性；pH和扫速试验显示PDBSA没有改变PANI的单电子单质子的氧化还原反应，说明PDBSA没有参与到聚苯胺的氧化还原反应中。