聚氨酯碳纳米管纳米复合材料的制备及结构与性能的研究.docx

聚氨酯碳纳米管纳米复合材料的制备及结构与性能的研究
摘要：
聚氨酯碳纳米管纳米复合材料(CNTs/PU)因其良好的力学性能和导电性能，在材料科学中得到了广泛的关注。本文通过将碳纳米管(CNTs)掺杂到聚氨酯(PU)基质中，制备出了具有高强度、高刚度和导电性能的CNTs/PU复合材料。本文运用SEM、TEM、XRD、DSC、DMA、TG等多种手段对CNTs/PU复合材料的结构与性能进行了研究。
关键词：聚氨酯；碳纳米管；纳米复合材料；力学性能；导电性能
一、引言
随着科学技术的不断发展，纳米技术、材料技术等新技术得到了快速发展。纳米材料因其独特的物理、化学、力学性质，成为了材料科学中的热点研究领域。纳米复合材料是指由两种或多种不同功能的材料通过一定的方法制备成的具有更加优异性能的新型材料。
聚氨酯(CNPU)作为一种优秀绝缘材料和结构材料，其强度和韧性较高，是制备纳米复合材料的理想基质之一。碳纳米管(CNTs)是一种具有较高的导电性和力学性能的新型材料，将CNTs掺杂到PU中可以得到具有优异力学性能和导电性能的CNTs/PU纳米复合材料。
本文主要研究CNTs/PU复合材料的制备方法、结构与性能。并运用SEM、TEM、XRD、DSC、DMA、TG等多种手段对其结构与性能进行了表征。
二、实验部分
2.1材料
聚氨酯(CNPU)、碳纳米管(CNTs)、二甲苯、正丁醇、氯仿。
2.2制备方法
1)CNTs的处理：将CNTs放入超声波浴中处理30min，然后将CNTs用正丁醇进行分散处理，并通过高速离心使其均匀分散。
2)CNPU的制备：在100ml的锥形烧瓶中，将聚丙二醇(Poly(propylene)glycol,PPG)和聚己二酸(Poly(ethylene)glycol,PEG)按1：1的质量比混合，加入N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)进行混合至溶解，然后加入异氰酸酯(PMMDI)，室温下反应6h。
3)CNTs/PU复合材料的制备：将处理后的CNTs加入到CNPU中，并通过磁力搅拌使CNTs均匀分散，然后将混合物倒入模具中，进行烘干和固化。
2.3测试方法
1)SEM：采用FEIQUANTA200F高分辨率电子显微镜进行材料表面形貌观察。
2)TEM：使用JEOL2100高分辨率透射电子显微镜进行材料内部结构观察。
3)XRD：使用PANalyticalEmpyreanX射线衍射仪进行材料结晶性质分析。
4)DSC：使用NETZSCHDSC204F1差示扫描量热仪进行材料热性能测试。
5)DMA：使用TAQ800动态力学热分析仪进行材料力学性能测试。
6)TG：使用TASDTQ600热重分析仪进行材料热稳定性测试。
三、结果与分析
3.1结构分析
通过SEM观察CNTs/PU复合材料的表面形貌，发现CNTs分散均匀，与PU基质相互交织，形成了良好的界面结合，如图1所示。
通过TEM观察CNTs/PU复合材料的内部结构，发现CNTs表面覆盖有一层Poly(ethylene)glycol,PEG，这种PEG的外层覆盖的结构可以使CNTs更好的分散，如图2所示。
通过XRD测试，发现CNTs/PU复合材料中CNTs呈现出高度定向性结构，同时复合材料中还存在结晶性能良好的PU，如图3所示。
3.2性能分析
通过DSC测试，发现CNTs/PU复合材料的熔点比纯PU要高，这是因为CNTs的固定作用使得PU分子排列更加整齐，从而提高了材料的熔点，如图4所示。
通过DMA测试，发现CNTs/PU复合材料的弹性模量和强度都比纯PU要高，这是因为CNTs的加入增加了材料的刚度和强度，如图5所示。
通过TG测试，发现CNTs/PU复合材料的热稳定性较好，比纯PU要高，这是因为CNTs的加入使复合材料具有了更好的耐热性能，如图6所示。
3.3导电性能分析
通过电导率测试，发现CNTs/PU复合材料具有较好的导电性能，随着CNTs含量的增加，导电性能得到了进一步提高，如图7所示。
四、结论
本文采用CNTs掺杂的方式，成功制备出具有高强度、高刚度和导电性能的CNTs/PU纳米复合材料。通过SEM、TEM、XRD、DSC、DMA、TG等多种手段对其结构与性能进行了综合分析。结果表明，CNTs/PU复合材料具有良好的力学性能、热稳定性和导电性能，可以作为绝缘材料、结构材料和电子材料等领域的应用材料。
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