叠氮化聚氨酯功能化碳纳米管及聚氨酯基复合材料性能研究
热塑性聚氨酯(TPU)是一种具有广泛应用的高分子材料，它同时具备了塑料材料和橡胶材料的特性;但其较差的导热、导电性能在一定程度上限制了其在的应用。碳纳米管作为一种研究技术较为成熟的纳米碳材料，具有优异的电、热、力学等性能，被广泛应用于制备性能优异的聚合物基纳米复合材料。但是在碳纳米管与聚合物复合材料制备过程中，碳纳米管本身的表面惰性使其在聚合物基体中极易团聚，分散性较差，在一定程度上限制了复合材料的性能，因此在制备复合材料时需预先对碳纳米管进行表面功能化改性，以改善其在聚合物基体中分散性和相容性，提高复合材料性能。本文通过合成界面增容剂-叠氮化聚氨酯进行功能化碳纳米管再与TPU基体制备复合，得到了具备良好的力学、导热及抗静电性能的复合材料。 (1)叠氮化聚氨酯在加热条件下叠氮基团分解为氮烯结构与碳纳米管结合，叠氮化聚氨酯成功包裹在了碳纳米管表面（MWCNTs@APU），利用傅里叶红外光谱(FTIR)，拉曼光谱(Raman)，X射线光电子能谱(XPS)，扫描电镜(SEM)，透射电镜(TEM)，热失重分析(TGA)等手段证明了叠氮化聚氨酯成功包裹在了碳纳米管表面，并且在原始设计的两种结构的聚氨酯的分子结构中，-COOH含量高的合成的叠氮化聚氨酯对碳纳米管的包裹效果更好;并且对于两种-COOH含量的叠氮化聚氨酯，随着叠氮化度的增加，其对碳纳米管的功能化效果也增加。 (2)采用溶液法制备出MWCNTs@APU/TPU纳米复合材料，通过SEM、AFM等测试，观察到MWCNTs@APU在TPU基体中的分散性以及界面相容性都有明显改善，复合材料力学、导热及抗静电性能都有明显提高。当复合材料中MWCNTs@APU添加量为2wt％时，复合材料最大拉伸强度相当于纯TPU树脂的160％倍;当添加量为3wt％时，复合材料的电导率达到了4.23×10-6s/cm，与原始碳纳米管填充的TPU复合材料相比提高了6个数量级;当添加量为6wt％时，导热系数达到了0.4247W/m.K，远远高于纯TPU树脂导热系数，所以本方案制备出了力学、导热及抗静电性能优良的MWCNTs@APU/TPU纳米复合材料。
纳米复合材料;碳纳米管;叠氮化聚氨酯;制备工艺;抗静电性能;导热性能;力学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
邹威
2019
中文
TQ327
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）