多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物共改性环氧树脂三元复合材料性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和丙烯酸酯嵌段共聚物(ACRBC)协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂(MWCNTs-ACRBC/EP)三元复合材料。通过FTIR、 XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征,利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征,采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征,采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明:强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃,提高了13.3%, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高,抗弯强度为144 MPa,弯曲模量为3662 MPa,冲击强度为19.5 kJ/m^2。     

RAFT聚合方法在碳纳米管表面接枝嵌段共聚物

首先在碳纳米管表面接上可用做RAFT聚合的链转移剂——二硫代碳酸酯,然后用这些管壁接有二硫代碳酸酯的碳纳米管作为链转移剂引发甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯单体进行可控的嵌段聚合反应,首次报道了采用二步加料方式在碳纳米管的管壁上接枝上嵌段共聚物链。对嵌段共聚物的结构进行了红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)、透射电镜(TEM)表征。     

POSS嵌段共聚物改性环氧树脂

采用可逆加成-断裂转移聚合(RAFT)方法合成甲基丙烯酰氧丙基七异丁基笼形倍半硅氧烷(MAiBuPOSS)和9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物甲基丙烯酸乙酯(HEPO)的嵌段共聚物PMAiBuPOSS-b-PHEPO(BCP),用于改性双酚A型环氧树脂。利用扫描电镜表征环氧树脂复合材料的断面形貌,发现PMAiBuPOSS-b-PHEPO嵌段共聚物可在环氧树脂中发生自组装,形成了以POSS嵌段为核、含磷嵌段为壳的核壳结构自组装体。动态力学分析、热重分析、差示扫描量热分析、垂直燃烧测试(UL-94)及极限氧指数(LOI)研究表明,PMAiBuPOSS-b-PHEPO嵌段共聚物中PHEPO链段增强了聚合物与环氧树脂的相容性,PMAiBuPOSS链段显著提高了环氧树脂的热稳定性和阻燃性能。当PMAiBuPOSS-b-PHEPO质量分数为5%时,环氧树脂复合材料LOI值为33.0%,UL-94燃烧等级为V-0级,且其力学性能也得到显著提升。     

碳纳米管/三嵌段聚合物(PPP)无溶剂流体的制备及对聚丙烯性能的影响

采用三嵌段聚合物(PPP)对酸化碳纳米管(MWNTs-COOH)进行改性,制备MWNTs-COOH/PPP无溶剂流体。采用流变仪研究其流变性能,采用差热扫描(DSC)研究不同制备方法对MWNTs-COOH/PPP/聚丙烯复合材料性能的影响。结果表明,无溶剂存在时,MWNTs-COOH/PPP复合物具有液体的特征,碳纳米管含量为27.37%。以MWNTs-COOH/PPP复合物作为增强材料,采用溶液法和机械法制备聚丙烯纳米复合材料,碳纳米管可以使聚丙烯的结晶度有一定程度提高。     

聚醚型聚氨酯/脲嵌段共聚物的合成、结构及性能的研究

采用二-(4-羟基丁基)聚二甲基硅氧烷(HB-PDMS)和双酚A(BPA)对聚氨酯进行改性,合成了6个系列的聚氨酯/脲嵌段共聚物,通过FT-IR、TG、DSC及吸水率研究了它们的结构及性能。研究表明,用HB-PDMS改性聚氨酯可以显著增强聚氨酯/脲的水解稳定性,其耐水性随HB-PDMS含量的增大而逐渐增强;用HB-PDMS及BPA合成的聚氨酯/脲,初始降解温度有所降低,但在不同程度上增强了其高温区的热稳定性。     

两亲性嵌段共聚物增韧环氧树脂

合成了端环氧基硅油与聚醚胺(D-230)的嵌段共聚物。采用端环氧基硅油和嵌段共聚物对双酚A型环氧树脂(E-51)进行改性。结果表明,采用端环氧基硅油和D-230的嵌段共聚物改性环氧树脂(EP),效果优于端环氧基硅油改性的方式。采用4份端环氧基硅油预反应改性EP后,Tg由未改性的163.23℃提高到164.81℃。除耐热性有所提高外,其拉伸强度也几乎能保持不变,断裂伸长率由38.62%降低到30.53%,冲击强度由20.23 kJ/m2提高到32.51 kJ/m2。     

PMMA-b-PHEA/纳米SiO_2复合材料的制备和表征

通过分步法合成了PMMA-b-PHEA嵌段共聚物,采用硅烷偶联剂KH-570对纳米SiO2进行改性,得到活化SiO2,进而在THF溶剂中制备出PMMA-b-PHEA/纳米SiO2复合材料,通过GPC、FTIR、TGA、DTA、SEM等方法对嵌段共聚物以及复合材料的结构和性能进行了分析。结果表明:嵌段共聚物PMMA-b-PHEA与活化纳米SiO2形成复合材料,且纳米SiO2粒子在聚合物基体上分散性较好。与嵌段共聚物PMMA-b-PHEA相比,复合材料的热稳定性能明显提高。     

丙烯酸酯三嵌段共聚物改性环氧树脂及其性能EI北大核心CSCD

通过原子转移自由基聚合(ATRP)法合成了硬-软-硬结构的ABA型嵌段共聚物(PMG-PBA-PMG)。采用核磁共振波谱仪、凝胶渗透色谱仪、傅里叶变换红外光谱仪分析确定了嵌段共聚物分子的结构及成分。利用嵌段共聚物改性环氧树脂,研究其热性能、流变学性能、力学性能、微观形貌、相容性及增韧机制。结果表明,丙烯酸酯三嵌段共聚物用量为10 phr时,共混体系的综合性能达到最佳,确定体系固化工艺为150℃×1 h+180℃×3 h;缺口冲击强度可达7.34 k J/m2,弯曲强度118 MPa,断裂伸长率4.8%,拉伸强度为80 MPa,弹性模量为2931 MPa;共混体系保持较宽的温度加工窗口,可作为复合材料预浸料树脂基体;此外,扫描电镜断面出现大量的锯齿,可有效阻碍裂纹的扩展并吸收大量的断裂能,从而提高环氧树脂的韧性。     

嵌段共聚物偶联剂的合成及其胶束化行为

采用阴离子聚合反应合成了可作为纤维增强聚合物复合材料界面改性偶联剂的苯乙烯/丁二烯/乙烯基三乙氧基硅烷及苯乙烯/异戊二烯/乙烯基三乙氧基硅烷嵌段共聚物,通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NM R)等分析手段对合成产物进行了表征,并采用透射电镜(TEM)、动态激光光散射(DLLS)等技术研究了嵌段共聚物在溶剂中的组装行为。结果表明,反应合成了预定结构的嵌段共聚物偶联剂,该共聚物在选择性溶剂中能形成以可溶性链段为壳、难溶性链段为核的胶束结构,胶束的粒径与共聚物分子链及各嵌段的长度有关。     

表面接枝TDI碳纳米管/聚氨酯复合材料的研制

为改善碳纳米管的分散性,用2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)对碳纳米管进行表面修饰,采用溶液复合方法与聚氨酯共混制备了碳纳米管/聚氨酯复合材料.通过FTIR证明了TDI确实接枝到碳纳米管表面,采用SEM、DMA、TGA等手段分析了碳纳米管修饰后的分散性及复合材料的力学性能和热性能.结果表明,经TDI修饰后的碳纳米管可以更好的分散在聚氨酯基体中,提高了聚氨酯的力学性能和热性能.     

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。      

MWNTs/PU复合超细纤维的热性能及导电性能

采用静电纺丝技术制备了多壁碳纳米管/聚氨酯(MWNTs/ PU)复合超细纤维,并收集成无纺布薄膜,采用热失重分析仪(TGA)和动态力学分析仪(DMA)分析了纤维的热稳定性。利用数字高阻计(PC68)和LorestaGP电阻计测量了纤维薄膜的直流电导率随MWNTs含量的变化关系。为了研究该多孔薄膜的动态电学性能,同时采用Agilent 4294A阻抗分析仪测试了纤维薄膜的电导率在40 Hz～110 MHz频率范围内的变化关系,并与浇注试样的结果进行比较。结果表明,随MWNTs 在 PU 纤维中含量的增加,复合纤维的热稳定性提高。当10MWNTs质量分数达40 %时,PU的电导率提高近10 倍。     

MWNTs/PBO共混纤维的制备及性能

通过原位分散方法将不同含量的多壁碳纳米管（MWNTs）引入聚对苯撑苯并二噁唑（PBO）聚合体系,共混产物采用液晶纺丝法纺制成高性能MWNTs/PBO纤维。用偏光显微镜观察了MWNTs的分散状况,发现将MWNTs先预分散在多聚磷酸（PPA）中再添加可以有效地改善其分散性,热失重分析仪、强力仪研究了纤维的热稳定性能和力学性能。结果表明,MWNTs质量分数为2%的共混纤维的拉伸强度和模量分别达到4.69 GPa和128.8 GPa,比相同卷绕速度下PBO纤维提高了24.2%和23.5%,起始热分解温度也从668.9℃提高到700.8℃。MWNTs的质量分数达到5%时由于团聚严重,降低了PBO的可纺性,影响了纤维的性能。      

聚氨酯/二氧化硅包覆多壁碳纳米管复合材料的导热与电绝缘性能

通过溶胶-凝胶法制备了厚度为30nm-50nm的二氧化硅(SiO2)包覆多壁碳纳米管(SiO2-MWNTs),并与聚氨酯(PU)复合制备了PU/SiO2-MWNT复合材料。研究了SiO2-MWNTs对PU导热电绝缘性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了MWNTs与PU之间的界面相互作用,促进了MWNTs在PU中的分散。由于SiO2包覆层的电绝缘作用,PU/SiO2-MWNT复合材料保持了PU的电绝缘性能。同时SiO2包覆层作为过渡层,降低了PU与MWNTs间的模量失配,减少了声子的界面散射,提高了PU/SiO2-MWNT复合材料的导热性能。当SiO2-MWNTs的质量分数为0.5%和1.0%时,PU/SiO2-MWNT复合材料的热导率分别提高了53.7%和63.8%。     

混杂功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备及性能

以多壁碳纳米管（MWNTs）为原料,采用不同改性方法制得了羧化碳纳米管（MWNTs-COOH）、共价功能化碳纳米管（MWNTs-NH₂）、非共价功能化碳纳米管（MWNTs-PPA）和混杂功能化碳纳米管（MWNTs-COOH-PPA）,将这4种改性碳纳米管按不同质量分数分别加入聚氨酯（PU）中制备了复合材料。使用万能材料试验机和热失重分析仪测试了复合材料的力学和热学性能,研究了碳纳米管对复合材料性能的影响。结果表明:通过在碳纳米管表面接枝少量的共价官能团防止非共价包覆的剥离,混杂功能化方法既能够改善碳纳米管在基体中的分散性,又能够保持其与基体界面间结合力,复合材料增强效果最明显。耐热性良好的碳纳米管的添加提高了PU基体的热分解温度,提高程度由于其功能化方式的不同而稍有差别。MWNTs-COOH-PPA/PU复合材料的力学性能最优,当碳纳米管含量（质量分数,下同）为0.3%时,其拉伸强度与纯PU相比提高104%,其热分解温度与MWNTs-COOH/PU相当,优于纯PU,但低于MWNT8-NH₂/PU和MWNTs-PPA/PU。     

Preparation, morphology and properties of acylchloride-grafted multiwall carbon nanotubes/fluorinated polyimide composites

A fluorinated polyimide (PI) was synthesized by a two-step reaction from 4,4′-(hexafluoroisopropylidene) diphthalic anhydride and 2,2′-bis(trifluoromethyl)-4,4′diaminobiphenyl. A series of PI composites with various mass fractions of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) were prepared by either an in situ polymerization or blending process. To increase the chemical compatibility of carbon nanotubes with the PI matrix, MWNTs were treated with an acid mixture and sulfoxide chloride by turns. Results show that the dispersion of the MWNTs is highly improved in the PI by modification. The modified MWNTs are dispersed homogeneously in the matrix, while the structures of the PI and MWNTs are stable in the preparation process. The thermal stability of the nanocomposites is slightly lower than that of the pure PI. With incorporating MWNTs, the storage modulus and glass transition temperature of the composite films enhanced comparing to that of PI matrix. The dielectric constants of the composites increase sharply, which is favorable to their practical use in anti-static materials and embedded capacitors.     

Improved anti-oxidation properties of electrospun polyurethane nanofibers achieved by oxyfluorinated multi-walled carbon nanotubes and aluminum hydroxide

Polyurethane fibers were fabricated using an electrospinning method with aluminum hydroxide and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) as flame-retardant additives to improve the thermal oxidation stability of the polyurethane fibers. The MWCNTs were incorporated into the polyurethane fibers after oxyfluorination treatment to improve the dispersivity and compatability. The thermal properties and anti-oxidation stabilities of these polyurethane fibers were investigated under nitrogen and oxygen flows from room temperature to 600 °C to determine the effects of the MWCNTs and aluminum hydroxide additives. The aluminum hydroxide acted as an energy storage tank by releasing water, resulting in an endothermic reaction. The MWCNTs promoted the formation of a charred layer that acted as a protective film to prevent the decomposition of the polyurethane by oxygen radicals. The flame-retardant properties were also improved by an enhanced gel-type structural network generated by the MWCNTs. The integral procedure decomposition temperature and activation energy increased significantly, indicating that the flame-retardant properties of the polyurethane fibers improved. These results are attributed to the aluminum hydroxide, MWCNT additives, and the oxyfluorination treatment.     

静电纺丝法制备MWNTs/聚胺醚复合纳米纤维

用静电纺丝法制备MWNTs/聚胺醚复合纳米纤维,将收集到的无纺布通过SEM观察其微观形貌,并用Image-Pro Plus 6.0软件测量纤维的直径;分别用TG和XRD测试了复合纤维的热性能和结晶行为。结果表明,MWNTs含量较多的纺丝溶液受到的电场力较大,比较容易得到纤维,且得到的纤维直径较细;MWNTs含量为1%时溶液的可纺浓度为30%～34%;TGA分析表明,随碳管含量增加复合纳米纤维的热稳定性提高;XRD分析表明,碳管较好地分散于聚胺醚中。     

利用笼形聚倍半硅氧烷增强多壁碳纳米管在水溶液中的分散性

以笼形聚倍半硅氧烷(POSS)为物理分散剂,利用POSS与多壁碳纳米管(MWNTs)间较强的相互作用,在水溶液中对MWNTs进行分散。借助紫外吸光度对POSS分散的MWNTs浓度和稳定性进行了表征,测定了分散液的Zeta电位和离心后上清液中固体物质的质量分数,并用透射电镜观察了POSS与MWNTs间的结合情况。结果表明,POSS可以显著提高MWNTs在水溶液中的分散性,且提高程度与其有机官能团R的结构有关。在所采用的五种POSS中,八异丁基笼形聚倍半硅氧烷(POSSC)的分散效果最好。在此基础上,优化得到POSSC分散MWNTs的最佳条件,即MWNTs浓度为30mg/L,POSSC和MWNTs的质量比为1。此时,POSSC可较好地吸附在MWNTs表面对其进行分散,得到具有良好稳定性的MWNTs水分散液。该分散方法简单高效且不破坏MWNTs的完整结构,所得分散液可用于复合材料的制备。