VGCF的表面處理及VGCF-SMPU復(fù)合材料性能的研究.pdf

1、形狀記憶聚氨酯(SMPU)因具有熱致形狀記憶特性而引起世界各國(guó)的極大興趣，自20世紀(jì)80年代以來(lái)迅速發(fā)展成為一種新型的功能材料。但由于其還存在著力學(xué)性能差特別是強(qiáng)度不高，耐熱、抗靜電等性能差的問(wèn)題，且目前主要依靠加熱實(shí)現(xiàn)其形狀記憶特性，而熱致形狀回復(fù)存在著熱量不易定量控制、在某些特殊場(chǎng)合熱量無(wú)法到達(dá)受控部位等不足，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。
　　 本文的目的是為了改善SMPU存在的不足，利用成本較低的氣相生長(zhǎng)碳纖維(VGCF)優(yōu)良的

2、力學(xué)性能、電學(xué)性能和熱學(xué)性能，制備VGCF/SMPU復(fù)合材料，以期在提高SMPU力學(xué)性能的同時(shí)，不但可以提高SMPU的抗靜電性能，而且可以獲得電致感應(yīng)形狀記憶功能，以擴(kuò)大SMPU的應(yīng)用范圍。
　　 由于VGCF/SMPU復(fù)合材料良好性能的發(fā)揮，必須建立VGCF在SMPU中的良好分散性。因此，為了制備具有良好復(fù)合效應(yīng)的VGCF/SMPU復(fù)合材料，本文首先針對(duì)VGCF極易團(tuán)聚及與樹(shù)脂基體界面結(jié)合能力較差的難題，通過(guò)分析比較后采用H2

3、O2-濃HNO3二步法對(duì)VGCF進(jìn)行表面處理，并對(duì)表面處理前后VGCF的結(jié)構(gòu)及性能變化進(jìn)行了測(cè)試研究。發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)二步法表面改性處理后VGCF的結(jié)構(gòu)并未發(fā)生明顯變化，并且表面接枝了羧基、羥基等含氧基團(tuán)，基團(tuán)總量從未經(jīng)處理VGCF的0.56wt％增加到9.7wt％；在溶劑中的分散性、分散穩(wěn)定性、在樹(shù)脂基體中的分散性及與樹(shù)脂基體的界面結(jié)合能力均得到一定程度的提高，表明本研究中采用的用H2O2-濃HNO3二步法對(duì)VGCF進(jìn)行表面改性處理對(duì)制備VG

4、CF/SMPU復(fù)合材料具有有效性。
　　 通過(guò)對(duì)比分析，選擇了NMP作為溶劑，并采用溶液混合法制備了VGCF/SMPU復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)表面處理VGCF增強(qiáng)SMPU復(fù)合材料，其拉伸強(qiáng)度，儲(chǔ)能模量得到較大程度提高，當(dāng)VGCF含量達(dá)12wt％時(shí)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比純SMPU提高了100.8％，拉伸彈性模量提高了519.8％；并在一定程度上提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性；SMPU復(fù)合表面改性處理前后的VGCF后，SMPU的結(jié)晶度均有一定的降

5、低，但經(jīng)過(guò)表面改性處理的VGCF對(duì)SMPU的結(jié)晶度破化程度比未經(jīng)處理的VGCF破壞程度??；SMPU與表面處理的VGCF復(fù)合后，Tg有所提高，當(dāng)VGCF含量達(dá)9wt％時(shí)復(fù)合材料Tg比純SMPU提高了15℃；表面處理VGCF增強(qiáng)SMPU復(fù)合材料的導(dǎo)電性比未處理VGCF增強(qiáng)SMPU復(fù)合材料有一定程度下降，表面處理VGCF含量為12wt％時(shí)復(fù)合材料電導(dǎo)率達(dá)0.147S/cm。
　　 VGCF與SMPU復(fù)合后，復(fù)合材料的形狀回復(fù)率隨著VG