一锅法制备Kevlar化学法修饰多壁碳纳米管及其在复合材料中的应用

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在20世纪中期随着纳米技术观念的提出,碳纳米管(CNTs)作为一种优秀的纳米材料一直是研究者们关注的对象。由于CNTs极其优秀的性能,使其成为最理想的材料增强剂,许多研究表明当CNTs做为增强剂时,在其添加量极低的情况下,复合材料的力学性能会有明显提高。但是CNTs的缺点也是十分明显的,由于CNTs的管与管之间存在极强的相互作用,使CNTs容易聚集,从而不能完美发挥CNTs做为增强剂的作用。本文选用对位芳纶(PPTA)做为减弱CNTs间相互作用的重要依据是PPTA具有与CNTs相似的结构,且能与CNTs形成共轭体系,增强CNTs分散性。并且PPTA本身的性能也是十分优异的,所以我们希望通过两者的协同作用得到一种更优异的材料。本文采用“一锅法”将PPTA的寡聚物接枝到羧基碳纳米管(MWNTs-COOH)和氨基碳纳米管(MWNTs-NH2)的表面得到PPTA-MWNTs,并研究了不同比例的PPTA对PPTA-MWNTs的影响。通过红外、透射等表征手段证明了PPTA的寡聚物已成功的接枝到CNTs的表面。通过分散性实验可以得到PPTA-MWNTs在氮甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺等溶剂中的分散性得到明显的提高。因此用PPTA寡聚物改性CNTs的方法是可行的,并能够有效的提高CNTs在溶剂中的分散性和稳定性。本文以PPTA-MWNTs为增强剂,聚氯乙烯(PVC)为基体制作复合膜,并对复合膜的力学性能进行研究。将PPTA-MWNTs按照不同的重量比添加,并对复合膜进行力学性能分析。添加PPTA-MWNTs的复合膜,其杨氏模量(E)、拉伸强度(Tb)和断裂应变(Eb)最大值分别比纯的PVC的相应值提高了44.4%、79.4%、和203.6%。而MWNTs-COOH做为增强剂时,与PPTA-MWNTs相比其增强效果较差。这充分说明经PPTA寡聚物化学接枝的MWNTs-COOH能够更完美的发挥MWNTs-COOH做为增强剂时的作用。PPTA纤维本身的性能也是十分稳定且优异的,但其生产工艺十分的严苛,因此本文采用溶胀法对PPTA纤维进行修饰。本方法的优点十分的明显,可以在不改变PPTA生产工艺的前提加对其进行增强,对PPTA的增强具有重要的推进作用。本文采用了三种不同型号的PPTA纤维进行实验,但由于三种型号的纤维其合成工艺不同,导致对三种纤维的改性效果存在差异。其中529R纤维,仅增强纤维的杨氏模量,对于纤维的拉伸前度和断裂应变都有反作用。而本与文采用的合成原料相同的K49,其增强效果十分明显,杨氏模量、拉伸强度和断裂应变增强的最大值分别为19.10%、15.71%和30.47%。
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