碳纳米管复合材料

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1、碳纳米管复合材料 摘 要：文章关键综述了碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备，并对这类复合材料的应用前景进行展望。 关键词：碳纳米管；聚氯乙烯；复合材料 中图分类号：TB332 文件标识码：A 文章编号：10008136030020021 序言1991年日本电镜教授NEC企业的Iijima在用石墨电弧放电法制备C60的过程中，发觉了一个多层状的碳结构碳纳米管。1CNTs独特的结构和性能使它含有良好的应用前景，尤其是其大规模生产的实现使其成为聚合物填充材料的首选，为未来复合材料的发展和广泛应用开辟了更为宽广的空间。聚氯乙烯作为一个通用型合成树脂材料，因为含有优异的耐磨性、抗化学腐蚀性、综合机械性及轻

2、易加工等特点，现在在工业及日常生活中均得以广泛应用。多年来，CNTs才逐步用于改性PVC。2 碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备溶液成膜法溶液成膜法是现在制备CNTs/PVC复合材料的常见方法，其过程是将PVC溶于溶剂形成溶液，然后在机械搅拌或超声波作用下将CNTs分散在PVC溶液中，浇铸成膜挥发溶剂便得到复合材料。Broza Georg等2采取溶液成膜法，经过四氢呋喃溶液分别制备出将单壁CNTs/PVC和多壁CNTs/PVC纳米复合材料，并将其进行了电性能测试，均一分散的CNTs改进了PVC的电学性能，不过CNTs的质量分数高达20%，这可能是因为CNTs未经过修饰，和PVC基体的结协力差所致

3、。陈利等3经过溶液成膜法简单制得CNTs/PVC复合材料，CNTs含量介于1%的PVC复合材料的导电性和拉伸强度全部较纯PVC有较大改进。R. Jung等4将CNTs酸化处理后，用十六烷基溴化三甲基铵将酸化CNTs在超声波作用下分散在水中，再将预处理带负电荷的PVC微球过量加入到CNTs的水分散溶液中。CNTs靠静电作用吸附在PVC表面，真空干燥后将PVC粒子溶于N，N2二甲基甲酰胺中浇铸成膜，薄膜的导电率在CNTs质量分数为29%时显著增加，拉伸强度等力学性能也有提升。JH Shi等5在CNTs表面接枝了聚甲基丙烯酸正丁酯，将改性后的CNTs混于PVC的四氢呋喃溶液中浇铸成膜。PBMA的引入

4、大大改进了CNTs在PVC中的分散性，使PVC的拉伸弹性模量和断裂伸长率全部得到大幅度的提升。上述研究表明，经过改性的CNTs在较低含量时就能显著改进PVC的力学性能。熔融混正当尽管溶液成膜法是制备碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的常见方法，但此法不适合进行大规模工业生产，所以，研究人员又采取了熔融混正当。Wang GJ等6先经过共聚物改性CNTs，再将质量分数为%的经修饰的CNTs和PVC熔融共混，使PVC材料的力学性能得到显著提升。另外，还用酸化、酰氯化、接枝等一系列反应成功地在MWNTs表面接枝聚己内酯，采取熔融混正当制备了PVC/改性MWNTs纳米复合材料，7在M1gPCL质量分数仅为%时，

5、复合材料的表面电阻率降低了3个数量级。王平华等8采取RAFT活性聚合方法在CNTs表面接枝上聚合物链，然后和PVC经过熔融共混方法复合制备了CNTs/PVC纳米复合材料，对复合材料的结构和拉伸强度进行了表征研究，结果表明，接枝聚合物链的碳纳米管显著提升了PVC的拉伸强度。王文一等9选取聚团状多壁碳纳米管及氯化聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物等改性剂对聚氯乙烯经过熔融混正当进行了抗静电及增韧研究，结果表明，MWNTs/CPE/PVC体系含有较高的抗静电效果，碳纳米管在复合材料中的含量为%时分散均匀且形成了很好的网络结构，这在提升复合体系的热稳定性的同时给予复合体系良好的导电性。Faruk Omar等1

6、0采取熔融混正当制备了多壁CNTs/PVC复合材料，并将最优条件所得复合材料进行了弯曲性能、电性能及热性能测试。现在，碳纳米管/聚氯乙烯复合材料的制备关键采取以上两种方法。3 展望从上文分析可知，碳纳米管作为填料能有效地改善聚氯乙烯的电学性能和力学性能，提升其导电性能够处理聚合物材料介电常数大、易带静电等问题。同时在尽可能低的电渗流阈值下，使复合材料的力学性能和电学性能得到最优结合。现在这方面的研究还处于初级阶段，关键集中在碳纳米管的分散、材料的制备等方面，关键还存在以下问题：制备方法即使简单，但要制备均一性能的复合材料，工艺仍需深入改善。复合材料中碳纳米管和聚氯乙烯之间的作用机理研究还不成熟，需要投入大量工作。对复合材料的研究仍局限于碳纳米管或聚氯乙烯性能的改进及其应用，复合材料能否出现新的性能尚需深入研究。