碳纳米管(CNTs)/聚碳酸酯(PC)/聚乙烯(PE)复合材料的形态控制及结构与性能

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碳纳米管(CNTs)具有良好机械的性能,弹性模量可达1TPa,与金刚石的弹性模量相当,约为钢的5倍;弹性应变约5%,最高可达12%,约为钢的60倍,而密度仅为钢的1/6~1/7,因此广泛地作为聚合物高效的增强材料。本论文使用CNTs对PC/HDPE微纤化共混物中的PC微纤相进行填充增强,大部分CNTs都择优分布在PC微纤中,并沿微纤方向取向排列,从而获得了力学性能更为优异的PC/HDPE微纤化共混物。主要研究结果如下: (1) CNTs在聚合物中的均匀分散是充分发挥CNTs增强效果的前提。我们使用溶剂法将CNTs均匀分散在乙烯.醋酸乙烯酯共聚物(EVA)母料中,然后将CNTs/EVA母料和PC经哈克转矩流变仪(Haake Rheomixer mixer)熔融共混制得CNTs/EVA/PC共混物,通过扫描电子显微镜(SEM)观测发现CNTs仍均匀地分散在共混物。将溶剂法分散和熔融法分散相结合,是实现CNTs均匀分散有效方法。因为溶剂法能实现高含量CNTs在聚合物中的均匀分散,熔融法能将含高含量CNTs母料均匀稀释到聚合物。 (2) CNTs具有强烈的异相成核作用,能大大提高EVA聚合物的结晶起始温度,同时却降低了EVA的结晶速率(由半结晶时间表征)。这与以往文献所报道,CNTs的加入能同时提高等规聚丙烯(iPP)结晶起始温度和结晶速率有所不同,我们认为这是由于本实验所使用的多壁碳纳米管(MWNTs)具有较大的比表面积,在促进EVA结晶成核的同时,又阻碍了EVA分子规整排列进入晶格,从而大大降低了EVA的结晶速率。 (3) 通过“熔融挤出-热拉伸-脆冷”制备出CNTs填充增强的PC/HDPE 原位微纤化共混物 (CNTs reinforced in-situ PC/HDPE microfibrillar composites,CNTs-PC/PE MRC),并在低温(PE的加工温度)制备测试试样,系统研究了共混物的形态与机械性能。在PE加工温度进行试样制备,有利于PC微纤形态的大量保存。大部分CNTs均选择性的分布在PC微纤中,并沿微纤方向取向排列。(4)通过“动态保压注射成型(dynamic injetion packing molding,DIPM)”制备出CNTs填充增强的PC/HDPE共混物,并在高温(PC的加工温度)制备测试试样,系统研究了共混物的形态与性能。DIPM技术的使用不仅能有效地提高聚合物分子链取向程度,而且还能大大提高CNTs在PC中取向程度。
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