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多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料结构与性能的研究

作　者: 王建国
导　师: 方征平
学　校: 浙江大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 碳纳米管环氧树脂复合材料表面接枝胺功能化分散
分类号: TQ323.5
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

关于环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究虽然取得了一些进展,但是一些最基本的问题目前并没有真正得到解决。目前采用的分散方法虽然在一定程度上提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散程度,但这些方法还不能做到碳纳米管的充分分散,所以寻找合适的方法使得碳纳米管以纳米尺度充分分散在环氧树脂中,仍然是制备高性能碳纳米管/环氧树脂复合材料的首要问题。本文采用胺功能化的方法处理碳纳米管,考察了胺功能化对碳纳米管在树脂中分散性及得到的复合材料性能的影响。采用不同的强酸体系和处理条件对碳纳米管进行处理,考察了不同的酸处理体系及条件对碳纳米管结构和化学性质的影响。结果表明,采用硝酸和硫酸的混合酸,在温和条件下处理碳纳米管,可以在不损害碳纳米管基本结构的基础上,在碳纳米管表面产生大量羧基。采用酰氯化后胺取代路线在碳纳米管表面接枝胺功能基,研究了产物的结构。结果表明,采用酰氯化后胺取代路线可以成功在碳纳米管表面接枝长度不同的多种胺功能基,接枝三乙烯四胺不但把碳纳米管的惰性表面变成极性表面,还可以扩大碳纳米管的管间隙,使碳纳米管的整体状态保持疏松,有利于碳纳米管在聚合物基体中的分散。碳纳米管环氧树脂的固化行为对其固化物的物理及力学性能有重要的影响。用DSC法研究了加入胺功能化碳纳米管的固化动力学,结果表明,胺功能化碳纳米管的加入降低了环氧树脂固化反应的活化能,且加入胺功能化碳纳米管的环氧树脂固化反应程度高于加入未胺功能化碳纳米管的环氧树脂的固化反应程度。采用超声波分散的方法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料,并分析了不同碳纳米管对环氧树脂性能的影响。结果表明,胺功能化碳纳米管与环氧树脂有更好的相容性,更易于在环氧树脂中分散,并较大地提高了环氧树脂的强度、韧性、玻璃化转变温度及热分解温度。研究了多壁碳纳米管对环氧树脂光透过性的影响,并比较了未胺功能化碳纳米管与胺功能化碳纳米管的不同作用,评价了胺功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料用做光电器件包装材料的可能。胺功能化可以促进碳纳米管在环氧树脂中的

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-27
  1．1 碳纳米管简介  12-13
  1．2 碳纳米管的合成方法  13-17
    1．2．1 电弧消融石墨法  14
    1．2．2 激光蒸发石墨法  14
    1．2．3 一氧化碳气相催化生长法  14
    1．2．4 碳氢化合物气体化学气相沉积法(CVD法)  14-15
    1．2．5 聚烯烃燃烧法  15
    1．2．6 其他合成方法  15
    1．2．7 各种合成方法的主要优缺点  15-16
    1．2．8 碳纳米管生成机理的研究  16-17
  1．3 碳纳米管的结构与性能  17-20
    1．3．1 原子结构与形态  17-19
    1．3．2 碳纳米管的性能  19-20
  1．4 碳纳米管的表面处理方法  20-22
    1．4．1 表面化学改性  21
    1．4．2 表面高能量改性  21
    1．4．3 表面包覆高分子  21-22
    1．4．4 表面活性剂改性  22
  1．5 碳纳米管与聚合物复合的方法  22-24
    1．5．1 直接熔融或溶液共混法  22-23
    1．5．2 原位复合法  23
    1．5．3 表面活性剂改性后与聚合物复合  23-24
  1．6 碳纳米管／环氧树脂复合材料研究现状  24-25
  1．7 碳纳米管／环氧树脂复合材料研究存在的主要问题  25
  1．8 本文的选题和研究思路  25-27
    1．8．1 研究发象  25-26
    1．8．2 研究目标  26
    1．8．3 研究思路  26-27
第二章多壁碳纳米管的酸处理及表征  27-37
  2．1 实验部分  27-29
    2．1．1 原科  27-28
    2．1．2 MWNTs的酸处理  28
    2．1．3 MWNTs表面羧基含量的测定  28-29
    2．1．4 结构表征  29
  2．2 结果与讨论  29-36
    2．2．1 羧基含量的测定  29-30
    2．2．2 酸处理MWNTs的红外光谱分析  30-32
    2．2．3 酸处理MWNTs的拉曼光谱分析  32-33
    2．2．4 酸处理MWNTs的透射电镜分析  33-36
  2．3 结论  36-37
第三章胺功能化碳纳米管的制备及表征  37-49
  3．1 实验部分  37-39
    3．1．1 原料  37
    3．1．2 胺功能化MWNTs的制备  37-38
    3．1．3 其他对MWNTs胺功能化的方法  38-39
    3．1．4 结构与性能分析  39
  3．2 结果与讨论  39-47
    3．2．1 不同反应路线的接枝效果  39-40
    3．2．2 不同胺分子在MWNTs表面的接枝  40-41
    3．2．3 胺功能化的MWNTs的结构与形态  41-42
    3．2．4 胺分子包覆方式及芯-皮结构碳纳米管线结构的分析  42-46
    3．2．5 胺功能化碳纳米管的形态  46-47
  3．3 结论  47-49
第四章碳纳米管对环氧树脂的固化行为及动力学的影响  49-61
  4．1 实验部分  49-51
    4．1．1 原料  49-50
    4．1．2 DSC试样的制备  50
    4．1．3 固化过程的DSC分析  50-51
  4．2 结果与讨论  51-60
    4．2．1 DSC试样的绝对黏度  51
    4．2．2 碳纳米管／环氧树脂体系的固化行为  51-55
    4．2．3 碳纳米管／环氧树脂体系固化动力学  55-60
  4．3 结论  60-61
第五章胺功能化对碳纳米管／环氧树脂复合材料力学及热性能的影响  61-79
  5．1 实验部分  62-63
    5．1．1 原料  62
    5．1．2 环氧树脂基体的配方及固化工艺  62
    5．1．3 碳纳米管与环氧树脂的复合  62
    5．1．4 结构与性能表征  62-63
  5．2 结果与讨论  63-78
    5．2．1 不同MWNTs在环氧树脂中的分散性  63-67
    5．2．2 MWNTs对环氧树脂韧性及强度的影响  67-71
    5．2．3 芯-皮结构的纳米管线对环氧树脂力学性能影响的初步探讨  71-73
    5．2．4 不同MWNTs对环氧树强热性能的影响  73-75
    5．2．5 芯-皮结构的纳米管线对环氧树脂热性能的影响  75-78
  5．3 结论  78-79
第六章胺功能化碳纳米管对环氧树脂透光性的影响  79-91
  6．1 实验部分  79-80
    6．1．1 原料  79
    6．1．2 环氧树脂基体的配方及固化工艺  79-80
    6．1．3 碳纳米管／环氧树脂复合材料透光试样的制备  80
    6．1．4 结构与性能表征  80
  6．2 结果与讨论  80-89
    6．2．1 碳纳米管／环氧树脂复合材料的透光性  80-81
    6．2．2 复合材料的透光率  81-88
    6．2．3 不同MWNTs／环氧树脂复合材料的结构及对透光率的影响  88-89
  6．3 结论  89-91
第七章不同特性的碳纳米管与环氧树脂和氰酸酯树脂复合材料的结构与性能  91-105
  7．1 实验部分  91-93
    7．1．1 原料  91
    7．1．2 MWNTs的胺功能化  91-92
    7．1．3 MWNTs的复合材料的制备  92
    7．1．4 结构与性能表征  92-93
  7．2 结果与讨论  93-104
    7．2．1 MWNTs-1与MWNTs-2的不同性质  93-94
    7．2．2 MWNTs-1与MWNTs-2的胺功能化  94-96
    7．2．3 MWNTs-1与MWNTs-2在环氧树脂中的分散性  96-98
    7．2．4 MWNTs／EP复合材料的韧性  98-101
    7．2．5 复合材料的DMA分析  101-103
    7．2．6 MWNTs／EP复合材料的热稳定性  103-104
  7．3 结论  104-105
总结与建议  105-107
研究特色与创新点  107-108
参考文献  108-117
作者简介  117
攻读博士学位期间发表的论文  117-118
致谢  118

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