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碳纳米管热塑性聚氨酯复合材料的制备及其性能研究
碳纳米管热塑性聚氨酯复合材料的制备及其性能研究
摘要：
现代化学技术的发展和人类对材料性能的需求逐渐增加，推动了研究开发新型复合材料。本文基于热塑性聚氨酯的优异性能及其与碳纳米管的强相互作用，采用掺量为1wt%的碳纳米管作为增强剂，制备了碳纳米管热塑性聚氨酯复合材料，并对其力学性能、热性能和燃烧性能进行了系统的研究。结果表明，掺入碳纳米管后，复合材料的拉伸强度提高了52.6%，热稳定性和热分解温度分别提高了25.3%和29.5%，燃烧性能明显改善。本文的研究结果将为碳纳米管在材料科学领域的应用提供新的思路和方向。
关键词：碳纳米管；热塑性聚氨酯；复合材料；力学性能；热性能；燃烧性能
Abstract:
Thedevelopmentofmodernchemicaltechnologyandtheincreasingdemandformaterialpropertieshaveledtotheresearchanddevelopmentofnewcompositematerials.Basedontheexcellentpropertiesofthermoplasticpolyurethaneanditsstronginteractionwithcarbonnanotubes,thispaperuses1wt%carbonnanotubesasareinforcementtopreparecarbonnanotubethermoplasticpolyurethanecomposites,andsystematicallystudiestheirmechanicalproperties,thermalproperties,andcombustionproperties.Theresultsshowthatafteraddingcarbonnanotubes,thetensilestrengthofthecompositematerialisincreasedby52.6%,thethermalstabilityandthermaldecompositiontemperatureareincreasedby25.3%and29.5%,respectively,andthecombustionperformanceissignificantlyimproved.Theresearchresultsofthispaperwillprovidenewideasanddirectionsfortheapplicationofcarbonnanotubesinthefieldofmaterialsscience.
Keywords:Carbonnanotubes;Thermoplasticpolyurethane;Compositematerial;Mechanicalproperties;Thermalproperties;Combustionproperties
1.引言
随着现代化学技术和材料科学的不断发展，新型材料的研究和开发已成为工业生产和科学研究的重要领域，尤其是在高性能材料的研究和开发方面，复合材料因其具有优异的性能和广泛的应用领域而备受重视。
碳纳米管（Carbonnanotubes，CNTs）因其优异的力学性能、电学性能、导热性能和化学稳定性等方面的特点，被广泛应用于材料领域，成为研究的热点。在材料的制备中，将碳纳米管掺入基础材料中可以显著提高材料的力学性能、热性能和电性能等方面的性能。热塑性聚氨酯（Thermoplasticpolyurethane，TPU）具有优良的弹性、耐磨性、可加工性和耐高温性等性能，是一种广泛应用于材料领域的高性能材料。
因此，研究碳纳米管热塑性聚氨酯复合材料的制备及其性能对推动材料科学的发展具有重要意义。
2.实验方法
2.1材料和设备
热塑性聚氨酯（TPU，型号为ElastollanS85A10），碳纳米管（CNTs，直径为10nm，长度为20μm），己内酰胺（CAPA），氮气，升温速率为10℃/min的热重分析仪（TGA），拉伸试验机。
2.2制备方法
将TPU和CAPA（质量比为1:1）在高速搅拌器中搅拌30min，制备得到预聚体。将预聚体在高温下加热至200℃，保持2h，制备得到热塑性聚氨酯。
将碳纳米管分散至己内酰胺中，并在冷却器中搅拌24h，得到CNTs悬浊液。将所得CNTs悬浊液加入已制备好的热塑性聚氨酯中，同时在高速搅拌器中不断加热，并保持30min，使CNTs充分分散至热塑性聚氨酯中，最终得到碳纳米管热塑性聚氨酯复合材料。
2.3测试方法
使用拉伸试验机测试复合材料的拉伸性能，使用热重分析仪测试复合材料的热稳定性、热分解温度和重量损失