高韧性和导电高密度聚乙烯纳米复合材料

摘要

近年来，碳纳米管因为其独特的结构成为了研究热点。凭借其一维管状结构以及优异的电学性能，碳纳米管在较低填充时就能极大地提高绝缘聚合物的电导率，使其成为制备导电高分子复合材料的理想填料。但是将碳纳米管填充入聚合物基体制备得到的导电复合材料会存在断裂韧性低的缺点。因此如何制备优异的导电性能和机械性能（特别是断裂韧性）的导电复合材料成为了关注的焦点。目前常用的塑料增韧剂主要是橡胶或者弹性体，虽然能够取得优异的增韧效果，但是同时也降低了材料的拉伸强度与弹性模量。
　　 本文使用碳纳米管作为导电填料填充高密度聚乙烯，并通过填充纳米碳酸钙提高了材料的断裂韧性与弹性模量。其中，纳米碳酸钙还起到了无机固体颗粒的体积排除效应，在保证材料高导电性的前提下将碳纳米管的含量降到最低。为了提高纳米碳酸钙在高密度聚乙烯基体中的分散性以及对材料的增韧效果，我们选用了经过硬脂酸处理的纳米活性碳酸钙并使用偶联剂对碳酸钙进行了表面处理。具体研究内容如下:
　　 1、对纳米碳酸钙使用了不同含量的偶联剂处理，制备了高密度聚乙烯/碳酸钙两相复合材料，并讨论了偶联剂用量和碳酸钙填充量对材料冲击强度的影响。结果发现在碳酸钙中偶联剂含量为3wt％、碳酸钙填充量为30wt％时复合材料的缺口冲击强度最高，约为基体冲击强度的2.9倍。
　　 2、制备了不同碳纳米管含量的高密度聚乙烯/碳纳米管两相复合材料。通过SEM表明，尽管有团聚现象的存在，大部分碳纳米管在基体中均匀分散，经过计算得出碳纳米管的逾渗阈值为2.5wt％。在碳纳米管含量处在2wt％到4wt％之间时，材料的电导率提高最多，达到10个数量级。碳纳米管的加入极大的降低了材料的断裂韧韧性以及断裂伸长率，当碳纳米管填充量为6wt％时，两相复合材料的冲击强度和断裂伸长率相比基体分别下降了34％和40％，但是材料的电导率提高了15个数量级。
　　 3、固定碳酸钙含量为30wt％，制备了高密度聚乙烯/碳酸钙/碳纳米管三相复合材料。结果表明，碳纳米管分散在碳酸钙颗粒之间的基体层中，无机固体颗粒碳酸钙的确起到了体积排除的作用。在任何碳纳米管含量下，三相复合材料的电导率都要高于单独填充碳纳米管的两相复合材料，并在碳纳米管含量为3wt％提升最多，达到了5个数量级。填充了30wt％碳酸钙后，复合材料的导电逾渗阈值降低到了1.5wt％。为了研究碳酸钙含量对材料电导率和冲击强度的影响，我们固定碳纳米管含量为3wt％制备了不同碳酸钙填充量的三相复合材料，结果显示材料的电导率随着碳酸钙含量的增加而持续提高;但是当碳酸钙填充含量为30wt％时，复合材料的冲击强度最高，继续增加碳酸钙含量使得复合材料的冲击强度大幅度下降。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1.1 碳纳米管

1.1.1 碳纳米管的结构

1.2.1 碳纳米管的性能

1.2 碳纳米管填充聚合物基纳米复合材料

1.2.1 碳纳米管填充方法

1.2.2 逾渗现象

1.2.3 聚合物/CNT复合材料的新进展

1.3 本课题的研究内容及目的

第二章 HDPE/CaCO3两相复合材料的制备与性能研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验仪器及设备

2.1.3 实验步骤与流程

2.1.4 性能测试

2.2 结果与讨论

2.2.1 偶联剂用量对HDPE/CaCO3两相复合材料性能的影响

2.2.2 碳酸钙填充量对HDPE/CaCO3复合材料机械性能的影响

2.3 本章小结

第三章 HDPE/CNT两相复合材料的制备与性能研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验仪器及设备

3.1.3 实验步骤与流程

3.1.4 性能测试

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

第四章 HDPE/CC3/CNT三相复合材料的制备与性能研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验原料

4.1.2 实验仪器及设备

4.1.3 实验步骤与流程

4.1.4 性能测试

4.2 结果与讨论

4.3 本章小结

第五章 结论部分

参考文献

致谢

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