MWCNTs-PS復(fù)合材料的力學(xué)、阻燃、導(dǎo)電性能研究.pdf

1、碳納米管作為一種新型的納米材料，由于其獨特的物理化學(xué)性能以及在眾多領(lǐng)域的潛在應(yīng)用背景，自發(fā)現(xiàn)以來便吸引了世界各國科學(xué)家的廣泛重視，成為納米材料領(lǐng)域研究的一個新熱點。近幾年有關(guān)碳納米管/高分子材料復(fù)合的研究非常活躍，在提高復(fù)合材料的導(dǎo)電、機械力學(xué)、阻燃性能等方面取得了較好的效果。本文通過聚苯乙烯(Ps)與三元乙丙橡膠(EPDM)以不同比例通過簡單熔融共混改性和化學(xué)接枝共混改性制備樣品，多壁碳納米管(MWCNTs)、表面處理MWCNTs與P

2、S和MWCNTs與納米氧化鈦(nano-TiO2)按不同比例與PS熔融共混制備樣品。主要研究MWCNTs/PS復(fù)合材料的力學(xué)性能、阻燃性能、導(dǎo)電性能和導(dǎo)電行為，并研究納米氧化鈦對復(fù)合材料的力學(xué)性能、阻燃性能以及導(dǎo)電性能的影響。 通過力學(xué)性能測試比較MWCNTs與EPDM對PS的力學(xué)改性效果，傅立葉紅外光譜測試研究化學(xué)接枝改性的EPDM-g-PS共混物以及MWCNTs表面處理的效果。結(jié)果表明，EPDM與PS的比例為60:40時的力

3、學(xué)性能最好；路易斯酸氯化鋁的用量為3.0Wt％使EPDM與PS的化學(xué)接枝改性效果最好；MWCNTs/PS復(fù)合材料在碳納米管加入量為1.0Wt％時，復(fù)合材料的拉伸強度和斷裂伸長率較高，綜合性能達到最佳；經(jīng)表面處理的MWCNTs/PS復(fù)合材料的力學(xué)性能要比未處理的好；nano-TiO2和MWCNTs以5:1的比例與PS共混時，復(fù)合材料的力學(xué)性能最好。 以MWCNTs、表面處理MWCNTs、MWCNTs/納米氧化鈦(nano-TiO2

4、)復(fù)合對PS進行阻燃改性。通過熱失重(TG)和氧指數(shù)(LOI)測試等方法，測試MWCNTs/PS、MWCNTs/nano-TiO2/PS復(fù)合材料的阻燃性能和熱穩(wěn)定性；掃描電鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜(FTIR)研究復(fù)合材料微觀形態(tài)結(jié)構(gòu)。研究表明：少量的MWCNTs可提高PS的阻燃性能，混合酸溶液處理MWCNTs對PS的阻燃改性效果比未處理MWCNTs要好；當(dāng)MWCNTs添加量達到3.0Wt％時，該復(fù)合材料的氧指數(shù)達到22，可以大大地減

5、少燃燒熔融滴落；MWCNTs(1.0Wt％)/nano-TiO2(5.0Wt％)/PS復(fù)合材料的氧指數(shù)達到23，說明MWCNTs與nano-TiO2具有協(xié)同阻燃效果；鈦酸酯偶聯(lián)劑NDZ-311處理的nano-TiO2與MWCNTs的阻燃協(xié)同效果較好。以不同比例的HNO3、H2SO4、H2O2或者十二烷基磺酸鈉(SDS)，結(jié)合微波分散對MWCNTs進行表面改性，干燥后與PS熔融共混，制備試樣，所制備的部分復(fù)合材料進行熱處理。采用FTIR分

6、析方法對MWCNTs處理前后結(jié)構(gòu)進行鑒定，通過導(dǎo)電性能的測試研究了不同處理方法及不同測試溫度對MWCNTs/PS非結(jié)晶復(fù)合材料電性能以及其導(dǎo)電行為的影響；通過SEM觀察了該復(fù)合材料的形貌。研究結(jié)果表明，在MWCNTs表面，經(jīng)不同表面處理后引入不同的極性基團如-OH、-HSO3，從FTIR分析得到證實；經(jīng)SDS表面改性的MWCNTs對PS的導(dǎo)電性能有所提高，而酸處理MWCNTs/PS復(fù)合材料的體積電阻率下降；120℃熱處理后MWCNTs(

7、10.0Wt％)/PS復(fù)合材料的體積電阻率比未經(jīng)熱處理的體積電阻率下降近1個數(shù)量級；隨著MWCNTs加入量的增加，MWCNTs/PS的體積電阻率呈現(xiàn)下降趨勢。在MWCNTS的加入量大于0.5Wt％而小于5.0Wt％的范圍內(nèi)，MWCNTs/PS復(fù)合材料的體積電阻率下降幅度比較平緩；而加入量小于0.5Wt％或者大于5.0Wt％的范圍內(nèi)增加MWCNTs的用量時，復(fù)合材料的體積電阻率降低幅度均迅速下降；當(dāng)MWCNTs加入量達到8.0Wt％，復(fù)合