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研究论文
FiberResearch

聚乙烯醇/多壁碳纳米管复合材料的结构与性能

潘玮，何晓伟，陈燕，曲良俊
（中原工学院材料与化工学院，河南郑州450007）

摘要：采用超声波辅助溶液共混的方式制备聚乙烯醇/多壁碳纳米管（PVA/MWNT）复合材料，采用
红外光谱分析（FTIR）、差示扫描量热分析（DSC）、扫描电镜（SEM）对复合材料的结构及微观形态进
行了表征，对复合材料的物理机械性能及导电性能进行了测试。结果表明：PVA与MWNT之间在共混
膜中有一定的相互作用，采用溶液混合并用超声辅助分散的方法可使MWNT在PVA基体中分散良好，
在MWNT含量较低的情况下就可以获得导电性能及物理机械性能良好的复合材料。
关键词：多壁碳纳米管；聚乙烯醇；共混；结构；性能
中图分类号：TQ342.41文献标识码：A文章编号：1001-7054（2009）07-0029-04

高分子材料目前使用的抗静电改性方法，主分散，制备PVA/MWNT复合材料，考察了碳纳米
要采用添加抗静电剂或导电填料。添加抗静电剂主管的加入对复合材料的微观结构、物理机械性能及
要存在抗静电性能受空气相对湿度的影响及耐久性导电性能的影响。
差的问题，添加导电填料主要存在导电性能不匀和
1实验部分
材料力学性能下降的问题。碳纳米管（CNT）自从
1991年被发现以来，以其特有的力学、电学和化1.1碳纳米管的功能化处理
学性能以及独特的准一维管状分子结构和在未来高称取一定量的多壁碳纳米管（购于深圳市纳
科技领域中所具有的许多潜在应用价值，迅速成为米港有限公司）放入单口烧瓶中，剧烈搅拌下加入
化学、物理及材料科学领域的研究热点[1-3]。但由98%的浓硫酸和70%的浓硝酸的混合液（98%的
于碳纳米管的表面积很大，碳管间的自聚集作用非浓硫酸和70%的浓硝酸的体积比为3∶1），放入140℃
常显著，使得其在聚合物中的分散比较困难。因恒温油浴中回流1h后取出，用去离子水进行稀
此，如何获得纳米级均匀分散是聚合物基碳纳米管释，过滤，并用去离子水反复冲洗，最后把所得黑
复合材料的技术难点[4,5]。色固体放在真空烘箱中于50℃干燥至恒重。
聚乙烯醇（PVA）具有良好的生物相容性和无1.2复合材料的制备
毒性，良好的化学稳定性，并具有良好的成纤性、将适量碳纳米管加入去离子水中，超声分散
成膜性、膜阻氧性、抗静电性、韧性和耐化学性，30min，制成碳纳米管的悬浮溶液。将聚合度为
使其在药物、医学、环保、包装、化纤、食品等行1750±50的PVA按比例加入去离子水，于三颈瓶
业都有广泛的应用[6]。本文使用浓硫酸和浓硝酸的中加热至完全溶解。将两种溶液混合，超声分散
混合溶液将多壁碳纳米管（MWNTS）进行功能化3h，得到的混合溶液在室温下静置，消泡后在玻
处理后与聚乙烯醇进行溶液共混，采用超声波辅助璃板上室温流延制膜，由刮膜用玻璃管两端的铜丝
控制膜厚度，使之约为20μm。将膜放入真空烘箱
收稿日期：
2009-03-17中于干燥，得到碳纳米管含量不同的复合膜，
作者简介：潘玮（1970~），女，博士，副教授，主要从事功能高分子60℃
材料的研究。试样编号见表1。

合成纤维SFC2009No.729
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表1试样编号2.2PVA/MWNT的物理机械性能
试样编号MWNTS含量/%图2为PVA/MWNT共混膜的拉伸实验结果。
a0
b2从图2可以看出，碳纳米管的加入使得PVA的拉
c4伸强度提高，断裂伸长率下降。复合材料的性能不
d8
仅取决于复合体系自身的特点，也取决于填料在基
1.3试样表征体中的分布方式及其与基体之间界面的黏结状态。
采用Philips-CM120型扫描电镜观察样品截面本研究通过用混酸对碳纳米管进行氧化处理，可以
结构，样品用液氮冷冻断裂法制备。用上海电表六得到两端开口的氧化碳纳米管，并且在氧化碳纳米
厂ZC36型和深圳市优利德电子有限公司UT3003管的侧壁和开端处产生许多羧基和羟基等功能基
型数字万用表测试材料的体积电阻后，计算出材料团，这些官能团具有很高的反应活性。由以上红外

的表面电阻率ρs。红外光谱分析（FTIR）：将膜剪光谱的分析可知，碳纳米管与PVA之间具有强烈
碎成尽可能细的碎片,和KBr混合压片，以的相互作用，这种相互作用可以提高碳纳米管与聚
NEXUS470型傅里叶变换红外光谱仪测定。差示扫合物基体的相容性，使得碳纳米管在聚合物基体中
描量热分析(DSC)：采用DSC822e/400型示差量分散得很均匀，这样可以有效地阻止来自各个方向

热扫描仪于N2气氛下测定。采用Instron1122万能的裂纹，从而提高复合纤维的断裂强度。断裂伸长
材料试验机测试复合材料的物理机械性能。率明显下降是由