第25卷第1期高分子材料科学与工程
Vol.25,No.1 2009年1月
POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERING
Jan.2009
聚氨酯弹性体/碳纳米管复合材料的制备与性能
伍金奎,王 峰,夏和生
(高分子材料工程国家重点实验室,四川大学高分子研究所,四川成都610065)
摘要:通过三种方法制备了碳纳米管(CN T s)改性的热塑性聚氨酯弹性体(T P U ),研究了碳纳米管对热塑性聚氨酯弹性体的增强、增韧效果。考察了T P U/CNT s 复合材料的力学性能、热性能及流变性能。结果表明,碳纳米管能有效地实现对T PU 的增强和增韧,在CNT 含量为1%时,拉伸强度从5416M Pa 提高到6610M Pa,断裂伸长率从684%提高到801%。SEM 表明CN T 在T P U 中分散性良好。通过XRD 、DSC 和T GA 表征了复合材料的微观结构和热性能。关键词:碳纳米管;聚氨酯弹性体;固相力化学
中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1000-7555(2009)01-0111-04
收稿日期:2008-01-28
基金项目:国家自然科学基金面上项目(50673060),973国家重点基础研究发展计划资助(2007CB714701)和四川省杰出青年学科带头人培
养计划(06ZQ026-032)
通讯联系人:夏和生,主要从事聚合物纳米复合材料、力化学研究, E -mail:xi ahs@https://www.doczj.com/doc/df2106436.html,
碳纳米管(CNTs)具有长径比大、力学强度高、良好的电导率和热导率等优点,成为聚合物理想的增强纤维[1]。碳纳米管/聚合物复合材料[2]既能保持聚合物基体的弹性、强度和模量等性能,又能使电导率和热导率得到提高。制备碳纳米管/聚合物复合材料的方法有原位聚合法[3]和机械共混法(包括溶液共混、熔融共混和固相共混[4~6])。但这两种方法面临的问题是:(1)实现CNTs 在基体中的均匀分散而不出现团聚和缠结;(2)需改善CNTs 与聚合物基体间的相互作用力。
热塑性聚氨酯弹性体(TPU )是一种通用材料,其分子中的线性结构一般由分子量1000~3000的聚酯或聚醚醇组成,小分子二元醇或二元胺与二异氰酸酯反应形成其硬段。CNTs 加入到聚合物基体中能大大改善其热稳定性和电导率[7,8]。与常规的炭纤维相比,CNTs 填充的TPU 易于脱模,即使在较高的载荷下变形的样品仍具有完好的表面。
本文利用一种固相力化学方法)))力化学反应器[9]制备了聚氨酯/碳纳米管复合粉体,然后采用双辊将复合粉体熔融混炼。固相力化学反应器是根据中国古代的石磨原理进行加工,可以对物料实施强大的挤压、剪切及环向应力,具有混合、粉碎、分散及诱导力化学反应的功能,可在室温下有效实现聚合物的超细粉碎和固相力化学反应。该方法最大的优点是可以解
决碳纳米管在聚合物基体中分散和缠结问题。1 实验部分
1.1 主要原料
多壁碳纳米管(CNTs):外径~20nm,内径5nm ~10nm,中国科学院成都有机所;热塑性聚氨酯弹性体(TPU ):邵氏硬度80A,深圳鹏博盛有限公司;硬脂酸:成都科龙试剂厂。1.2 设备
采用磨盘型固相力化学反应器实现对TPU 和CNTs 的碾磨。
1.3 样品制备
碳纳米管的表面处理:将30g CNTs 加入到2%硬脂酸的乙醇溶液中,搅拌2h,再将混合物在70e 抽真空除去乙醇。
CNTs/T PU 复合粉体的制备:将120gTPU 和30g CNTs 在30r/min 转速下由中心进料口加入固相力化学反应器,经过一个周期的碾磨后沿磨盘下边沿出料,将收集的粉体进行下一周期的碾磨,共碾磨6次。
T PU/CNTs 复合材料的制备:采用三种方法制备T PU/CNTs 复合材料。(1)双辊直接共混法(TM 法):将硬脂酸处理的碳纳米管和T PU 粒子混合,150e ~170e 在双辊塑炼机上混炼15m in 。将得到的T PU/CNTs 块料在180e 、10MPa 压力下热压10
min,然后在10MPa压力下室温冷却5min得到117 mm@118mm@4mm和100mm@100mm@112mm 的TPU/CNT复合片材。(2)固相力化学处理+双辊混炼(STM法):将固相力化学制备的20%(质量分数)的CNT/T PU复合粉体加到熔融的TPU中,利用双辊混炼得到不同CNTs含量的TPU/CNTs复合材料。(3)固相力化学处理+H aaker RC90混炼+双辊混炼(STHM法):将固相力化学制备的20%的CNTs/ T PU复合粉体加到TPU中,利用Haaker RC90在160e混合10min,其它制备过程同(1)。
1.4测试与表征
按国标GB/T1040-92用Instron4302万能试验机测试TPU/CNTs复合材料的拉伸强度,横梁速度50mm/min;用JSM-5900扫描电子显微镜(SEM)(日本日立公司)观察复合材料形貌;用DSC204差示扫描量热仪(德国耐驰)测试样品的结晶温度、熔点和熔融热,高纯氮气氛,气流速率50mL/m in,先以10e/ min的升温速度升温到220e消除样品的热历史,然后以相同速度降温到30e;用X.Pert X射线衍射仪(荷兰Philips公司)测定样品的结晶结构,CuK A辐射源,Ni滤波,管电压40kV,管电流30mA,测定波长01154nm,扫描范围(2H)5b~45b,扫描速度0.133b/s;用TA2100热失重分析仪(美国杜邦)对材料进行热失重分析,温度25e~750e,升温速度10e/min,高纯氮气氛,气流速率50mL/m in。2结果与讨论
2.1C NTs/TPU复合粉体的固相力化学制备
CNTs/TPU复合粉体由一定比例的CNTs和T PU混合后经磨盘碾磨6次制得。在磨盘型力化学反应器盘面施加的巨大剪切、挤压、摩擦力作用下,碳纳米管和弹性体可以形成强烈的相互作用。碾磨3次后,CNTs粘结在弹性体上,弹性体变成絮状的长须条。继续碾磨,絮状长须条开始被剪断,长度变短。经6次碾磨后,絮状长须条大部分变成颗粒状,TPU颗粒周围紧紧包裹了一层CNTs,形成CNTs/TPU复合物,尺寸在毫米级。进一步碾磨则会导致复合物形成粗的绳状物,尺寸变大。
2.2制备方法对CNTs在聚氨酯弹性体基体中分散性的影响
T PU/CNTs复合材料通过三种不同的方法制备,即TM法、STM法和STH M法。Fig.1的a、b、c分别展示了由此三种方法制备的样品的断面的形貌。从a 可以观察到TPU基体中存在大的团聚体(白点),表明通过直接共混法(TM法)不能破坏CNTs的团聚;当采用固相力化学处理CNTs/TPU后再进行双辊混炼(STM法),团聚体仍然存在,但尺寸减小(Fig.1b); Fig.1c可以看到CNTs均匀分散在聚氨酯基体中,表明对CNT s/TPU进行力化学处理后再经Haake RC 90混合后双辊混炼(STHM法)能有效地破坏CNT s 的团聚和缠结。
Fig.1S EM of the fractured surface of CNTs/T PU composites
2.3CNTs含量对C NTs/TPU复合材料力学性能的影响
考察了CNTs含量对STH M法制备的CNTs/ T PU复合材料力学性能的影响,结果见Fig.2。随着CNTs含量的增加,拉伸强度和断裂伸长率先增大后减小,在1%时达到最佳。在1%的碳纳米管含量下,拉伸强度由5416M Pa提高到6610M Pa,提高~ 21%,断裂伸长率由684%提高到801%,提高~ 17%。表明碳纳米管可以对弹性体起到增强增韧作用。这应该归因于四个方面的内在因素:(1)碳纳米管在弹性体中的良好分散,前面SEM分析已表明STHM方法可以实现这一点;(2)固相力化学处理增强了CNTs与TPU之间的界面相互作用;(3)碳纳米管对聚氨酯弹性体内氢键聚集体(硬段)起到一定程度的破坏作用,将在XRD的结果中讨论;(4)碳纳米管的拉伸取向效应。取向可以导致更高的断裂应力和断裂能。在高倍的拉伸作用下,在TPU基体中呈无规均匀分布的碳纳米管沿着应力方向发生微观的取向,又
112高分子材料科学与工程2009年
由于CNTs 与T PU 之间具有良好的界面粘结,复合材料的拉伸强度增大,断裂伸长率提高。但随着CNT s 含量的增加,部分CNTs 在基体中开始聚集,形成团聚体,失去了应有的表面与界面效应,且造成填料与基体之间的脱落,形成空洞,成为应力集中点,最终使材料
发生破坏。
Fig.2
Effect of CNT s content on the mechanical properties of polyurethane (STH M method)
2.4 C NTs 含量对TPU 结晶性能的影响
Fig.3为TPU 、CNT s 和CNTs/TPU 的X 射线衍射曲线,从图可见,在5%CNTs/TPU 的弹性体衍射曲线上出现了TPU 和碳纳米管的特征衍射峰。根据曲线的结晶峰面积与总峰面积比可以计算结晶度。加入CNTs 后,TPU 的结晶度降低。这应该归因于碳纳米管对TPU 分子链硬段中氢键起到一定程度的破坏作用。
Fig.3 X -ray diffraction patterns of T PU,CNT and CNTs/TPU
Fig.4是CNTs 不同含量的CNTs/T PU 复合材料的DSC 曲线。其玻璃化温度和熔融温度列于Tab.1。可以看出,加入CNTs 后,弹性体T PU 的玻璃化温度略有下降,而熔融温度大幅度降低。纯TPU 熔融温度为128e ,在0.5%CNTs 含量时,熔融温度降低到仅73e ,在1%CNTs 含量,熔融温度进一步降低到68e 。表明碳纳米管对聚氨酯的影响主要在分子链的硬段。聚氨酯分子链由硬段和软段组成,分子中含有大量的-NCO 基团和氢键,分子内聚能高,在很高
的温度下方可熔融。加入CNTs 后,部分破坏了聚氨
酯分子之间的氢键,降低了分子间的相互作用力,因而导致弹性体的熔融温度大幅度降低。这与XRD 分析的结果一致。
Fig.4 DSC curves of CNTs /TPU composites
Tab.1 The DSC data of C NTs/TPU composites with
different contents of CNTs
CNT s content (%)
T g (e )M elting peak (e )
0-39.81280.5%-41.1731%
-43.2
68
2.5 C NTs/TPU 复合材料的流变行为
从Fig.5中可以看出,随着碳纳米管含量的增加,T PU/CNTs 复合材料熔体的平衡力矩减小,表明CNTs 的加入有利于改善材料的加工性能。可能原因是:(1)碳纳米管表面光滑,本身具有润滑作用;(2)CNTs 加入后,破坏了聚氨酯弹性体中的分子间的氢键作用,减弱了大分子间的内摩擦力。
Fig.5 Effect of content of carbon nanotu bes on th e torqu e determined by
a Haake RC 90mixer machine
2.6 C NTs/TPU 复合材料的热稳定性
Fig.6为T PU 、0.5%T PU/CNTs 和1%TPU/CNTs 复合材料的热失重分析图,可以看到碳纳米管对弹性体的热稳定性影响不大。T PU 自身的热分解温度很高,起始分解温度达到362e ,分解终止温度达到429e 。因而,即使碳纳米管与TPU 有强的相互作用,也不会对体系热分解温度产生较大影响。
113
第1期伍金奎等:聚氨酯弹性体/碳纳米管复合材料的制备与性能
Fig.6T GA curves of TPU,0.5%CNT s/TPU and1%C NTs/TPU com-posites
3结论
本文通过TM法、STM法和STHM法三种方法制备了热塑性聚氨酯弹性体(T PU)/碳纳米管复合材料,SEM测试表明通过STH M法CNTs均匀分散在T PU基体中。研究了CNTs对TPU力学性能和热性能的影响,结果表明CNTs能够有效地实现对TPU的增强增韧,在含量为1%的碳纳米管时,拉伸强度由5416MPa提高到6610MPa,提高幅度约21%,断裂伸长率由684%提高到801%,提高了17%左右。XRD和DSC分析表明CNTs的加入破坏了T PU分子中的氢键作用,降低了结晶度和熔融温度。总之, STHM法是一种非常有效的制备聚合物/碳纳米管复合材料的方法。
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11.
Polyu rethane Elastomer/Carbon Nanotubes Composites
WU Jin-kui,WANG Feng,XIA H e-sheng
(S tate K ey Labor atory of Poly mer Materials Engineer ing,Poly mer Resear ch
I nstitute,Sichuan University,Chengdu610065,China)
ABSTRAC T:Carbon nanotubes(CNTs)modified thermoplastic poly urethane(T PU)elastomer w as prepared by three different methods and the reinforcing and toug hening effect of CNTs on T PU elastomer w as studied.T he me-chanical,thermal and rheological properties of the CNTs/TPU composites w ere studied.The results show that CNT s can effectively strengthen and toughen the polyurethane elastomer,and at the content of1%CNTs,the tensile strength and elong ation at break of elastomer increases from54.6M Pa to66.0M Pa by~21%and684%to801% by~17%respectively.SEM photos show a good dispersion of CNTs in TPU matrix.DSC,XRD and TGA w ere employed to characterize the m icrostructure and therm al properties of the composites.
Keywords:carbon nanotubes;polyurethane elastomer;solid phase mechanochemical
114高分子材料科学与工程2009年
基金项目:河南省教育厅自然科学基金项目(200510459101); 作者简介:李中原(1971-),男,博士研究生; 3通讯联系人:E 2mail :zhucs @https://www.doczj.com/doc/df2106436.html,. 尼龙Π碳纳米管复合材料研究进展 李中原,刘文涛,许书珍,何素芹3,朱诚身3 (郑州大学材料科学与工程学院 郑州 450052) 摘要:碳纳米管(C NTs )由于其独特的结构,较高的长径比,较大的比表面积,且具有超强的力学性能和良好 的导热性,已经证明是塑料的非常优异的导电填料,聚合物基碳纳米管复合材料可望应用于材料领域的多个方面,尤其在汽车、飞机及其它飞行器的制造等军事和商业应用上带来革命性的突破。本文介绍了碳纳米管的结构形态和碳纳米管的制备、纯化、修饰方法及聚合物基碳纳米管复合材料的制备、性能,并综述了近几年来尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展及应用前景。 关键词:碳纳米管;尼龙;复合材料 引言 聚酰胺具有优良的机械性能、耐磨性、耐酸碱性、自润滑性等优点,居于五大工程塑料之首,被广泛用作注射及挤出成型材料,主要用于在机械、仪器仪表、汽车、纺织等方面,并将在轴承、齿轮、风扇叶片、汽车部件、医疗器材、油管、油箱、电子电器制品的制造方面发挥重要作用,尤其是作为汽车零部件及电器元件。由于酰胺极性基团存在极易吸水、尺寸稳定性差等缺点,使其应用受到了很大限制[1]。纳米复合材料是近年来发展十分迅速的一种新兴复合材料,被认为是21世纪最有发展前途的材料,已成为材料学、物理学、化学、现代仪器学等多学科领域研究的热点。热塑性塑料基纳米复合材料是研究最早、最多、应用最广的材料,聚合物Π蒙脱土纳米复合材料目前有的已实现了产业化[2]。碳纳米管由于其独特的结构、 奇异的性能和潜在的应用价值,在理论上是复合材料理想的增强材料。近年来聚合物Π碳纳米管复合材料的研究已成为纳米科学研究中的一个新热点。碳纳米管的发现可以追溯到1985年C 60 [3]的发现,1991年日本学者Iijima [4]在对电弧放电后的石墨棒进行显微观察时发现阳极上形成了圆柱状沉积,沉积主要 由柱状排列的平行的中空管状物形成,管状物的直径一般在几个到几十个纳米之间,而管壁厚度仅为几个纳米,故称之为碳纳米管C NTs (carbon nanotubes ),并在自然杂志上发表。碳纳米管具有超级的力学性能[5],在碳纳米管中,碳原子之间存在着三种基本的原子力包括:强的δ键合,C C 键之间的π键合以及多壁碳纳米管层与层之间的相互作用力,它们对碳纳米管的力学性能有着重要的贡献,理论和实验结果显示碳纳米管具有相当高的弹性模量,可达1TPa ,强度是钢的10～100倍,多壁碳纳米管MWC NTs (multiwalled carbon nanotubes )的轴向杨氏模量实验值为200G ～4000G Pa ,轴向弯曲强度为14G Pa ,轴向压缩强度为100G Pa ,并且具有超高的韧性,理论最大延伸率可达20%,密度却只有钢的六分之一。它耐强酸、强碱、耐热冲击、有优异的热,电性能;高温强度高、有生物相容性和自润滑性。在真空中2800℃以下不氧化,在空气中700℃以下基本不氧化,热传导是金刚石的两倍,导电性和铜一样。本文将从碳纳米管的纯化与修饰,尼龙Π碳纳米管复合材料的制备方法及其性能特征三方面对尼龙Π碳纳米管复合材料的研究进展进行总结。
碳纳米管简介 潘春旭 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 武汉大学 物理科学与技术学院 地址：430072湖北省 武汉市 武昌区 珞珈山 电话：027-8768-2093(H)；8721-4880(O) 传真：027-8765-4569 E-Mail: cxpan@https://www.doczj.com/doc/df2106436.html,；cxpan@https://www.doczj.com/doc/df2106436.html, 个人网页：https://www.doczj.com/doc/df2106436.html,/cxpan ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 1. 什么是碳纳米管？ 1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。 按照石墨烯片的层数，可分为： 1) 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直 径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。 其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典 型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。 多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相 比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成， 其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有 更高的均匀一致性。无论是多壁管还是单 壁管都具有很高的长径比，一般为100～ 1000，最高可达1000～10000，完全可以 认为是一维分子图1 碳纳米管原子排列结构示意图 2. 碳纳米管的独特性质 1) 力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球献方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。 除此以外，它的高弹性和弯曲刚性估计可以由超过兆兆帕的杨氏模量的热振幅测量证实。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa；对于多层壁，理论计算太复杂，难于给出一确定的值。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。
1.1 For personal use only in study and research; not for commercial use 1.2 1.3 聚氨酯弹性体概述 聚氨酯的分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子。它是由异氰酸脂单 体和含活泼氢的化合物逐步聚合而成。由于聚氨酯分子结构中存在大量的极性 键，以及分子间稳定的氢键，因此聚氨酯具有许多优异的性能，尤其是物理机械 性能好，耐磨，附着能力强，优良的耐高温、低温性能，耐腐蚀性优良，电性能良 好等等[1～3]。聚氨酯的用途十分广泛：可用于制造弹性纤维、弹性体、涂料、胶 黏剂、软、硬泡沫塑料、人造革等等。随着科学技术地不断发展，聚氨酯弹性 体的性能不断得到提升，新产品层出不穷，广泛应用在国防、航天、石油、医疗、体育、建材等领域，应用前景十分广阔。 For personal use only in study and research; not for commercial use 聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶（ PUR），它属于特种合成橡胶。传统上按聚氨酯弹性体加工特性的不同，把它分为浇注型（ CPU）、热塑型（ TPU）和混炼型（MPU）三大类。混炼型聚氨脂弹性体是采用聚醚多元醇和异氰酸酯反应制得的固体生胶状聚合物，利用传统橡胶加工机械和加工程序，进行塑炼混炼，用模具硫化成型。浇注型聚氨脂弹性体，它是采用聚醚多元醇和异氰酸脂、扩链剂等配合剂经两步或一步法合成的线型液态聚合物，它是液体状态浇注在模具中，加热、熟化使其转化成具有一定网状结构的橡胶状固体。热塑性聚氨脂弹性体，它是使用聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成线型的聚合物，然后经过加工成为颗粒状固 体。 聚氨酯弹性体是弹性体比较特殊的一类，其原材料种类很多，配方多种多样，可调范围很大[4～6]。聚氨酯弹性体硬度范围很宽，是介于橡胶与塑料之间一类特 殊的高分子材料。 1.4 聚氨酯弹性体合成的原料
碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着
聚氨酯弹性体制与改性
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1.1聚氨酯弹性体概述 聚氨酯的分子结构中含有氨基甲酸酯重复链节的高分子。它是由异氰酸脂单体和含活泼氢的化合物逐步聚合而成。由于聚氨酯分子结构中存在大量的极性键，以及分子间稳定的氢键，因此聚氨酯具有许多优异的性能，尤其是物理机械性能好，耐磨，附着能力强，优良的耐高温、低温性能，耐腐蚀性优良，电性能良好等等[1～3]。聚氨酯的用途十分广泛：可用于制造弹性纤维、弹性体、涂料、胶黏剂、软、硬泡沫塑料、人造革等等。随着科学技术地不断发展，聚氨酯弹性体的性能不断得到提升，新产品层出不穷，广泛应用在国防、航天、石油、医疗、体育、建材等领域，应用前景十分广阔。 聚氨酯弹性体又称聚氨酯橡胶（PUR），它属于特种合成橡胶。传统上按聚氨酯弹性体加工特性的不同，把它分为浇注型（CPU）、热塑型（TPU）和混炼型（MPU）三大类。混炼型聚氨脂弹性体是采用聚醚多元醇和异氰酸酯反应制得的固体生胶状聚合物，利用传统橡胶加工机械和加工程序，进行塑炼混炼，用模具硫化成型。浇注型聚氨脂弹性体，它是采用聚醚多元醇和异氰酸脂、扩链剂等配合剂经两步或一步法合成的线型液态聚合物，它是液体状态浇注在模具中，加热、熟化使其转化成具有一定网状结构的橡胶状固体。热塑性聚氨脂弹性体，它是使用聚醚多元醇和异氰酸酯反应生成线型的聚合物，然后经过加工成为颗粒状固体。 聚氨酯弹性体是弹性体比较特殊的一类，其原材料种类很多，配方多种多样，可调范围很大[4～6]。聚氨酯弹性体硬度范围很宽，是介于橡胶与塑料之间一类特殊的高分子材料。 1.2聚氨酯弹性体合成的原料 透明聚氨酯弹性体通常由低聚物多元醇、二异氰酸酯和醇类扩链剂反应合成，有出色的耐介质、耐环境性能,相容性好，对多种基材粘接性强，在机械、建筑、汽车制造、医药以及航空航天等领域得到了广泛的应用[7,8]。透明聚氨酯弹性体的研究多集中于以4,4-二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、1, 6 - 己二异氰酸酯(HDI)和异氟而酮二异氰酸酯(IPDI)等作为硬段的聚氨酯弹性体[9]。环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)是典型的不变黄脂肪(环)族异氰酸酯, 因结构中含有六元环,其耐热性较普通脂肪族异氰酸酯有较大提高，同时由于结构中不含苯环,耐环境性能优异。
聚氨酯弹性体的特性与应用 1. 聚氨酯弹性体的特性 聚氨酯弹性体的综合性能出众， 任何其他橡胶和塑料都无与伦比。 而且聚氨 酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工， 几乎能用高分子材料的任何一种常规 工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、 纺丝和机械加工等。聚氨酯弹性体的用途十分广泛，产品几乎遍及多用领域。 聚氨酯弹性体综合性能出众， 主要表现在弹性体兼备了从橡胶到塑料的许多宝贵 特性。 （1）硬度范围宽。而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率。 （2）强度高。在橡胶硬度下他们的拉伸强度和撕裂强度比通用橡胶高得多； 在塑料硬度下，他们的冲击强度和弯曲强度又比塑料高得多。 （3）性能的可调节范围大。多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择 和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求 （4）耐磨。有“耐磨橡胶”的佳称。特别是在有水、油等润湿介质存在的工 作条件下， 其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。 金属材料如钢铁等虽 然很坚硬， 但并不一定耐磨， 如黄河灌溉区的大型水泵， 其过流部件金属口环和 保护圈经过大量泥沙的冲刷， 用不了几百小时就严重磨损漏水， 而采用聚氨酯弹 性体包覆的口环和保护圈则连续运行 1800 小进仍未磨损。其它如碾米用的砻谷 机胶辊、选煤用的振动筛筛板、 运动场的径赛跑道、 吊车铲车用的动态油密封圈、 电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是， 要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能， 可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。 耐油。聚酯型聚氨酯弹性体的耐油性不低于丁腈橡胶， 与聚硫橡胶相当。 耐臭氧性能优良。 吸震、抗辐射和耐透气性能好。 加工方式多样，适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑 炼、混炼、硫化工艺成型（指MPU ）也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、 灌封、离心成型（指CPU ）还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、 压延、吹塑等工艺成型（指CPU 。模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围内， 还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性，使聚氨酯弹性体的适 用性十分广泛，应用领域不断扩大。 这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、 航天、声学、 生物学等领域获得广泛应 用的原因。 聚氨酯弹性体的不足方面： （1）内生热大，耐高温性能一般，特别是耐湿热性能不好。正常使用温度 范围是-40~120C 使用。若需在高频振荡条件或高温条件下长期作用，则必须在 结构设计或配方上采取相应改性措施。 （2）不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下，醇、酸、酮会使 聚氨酯弹性体溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在 常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀 下面详细介绍聚氨酯弹性体的主要性能。 是普通橡胶材料的几倍到几十倍。 5） 6） 7） 8）
常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 电弧放电法 碳纳米管制备 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电 法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极置于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在 这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳 米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以调节几种产物的相对产量。使用这一方法制备碳纳米管技术上比较简单，但是生成的碳纳米管与C60等产物混杂在一起，很难 得到纯度较高的碳纳米管，并且得到的往往都是多层碳纳米管，而实际研究中人们往往需要的是单层的碳纳米管。此外该方法反应消耗能量太大。有些研究人员发现，如果采用熔融的氯化锂作为阳极，可以有效地降低反应中消耗的能量，产物纯化也比较容易。 发展出了化学气相沉积法，或称为碳氢气体热解法，在一定程度上克服了电弧放电法的缺陷。这种方法是让气态烃通过附着有催化剂微粒的模板，在800~1200度的条件下，气态 烃可以分解生成碳纳米管。这种方法突出的优点是残余反应物为气体，可以离开反应体系，得到纯度比较高的碳纳米管，同时温度亦不需要很高，相对而言节省了能量。但是制得 的碳纳米管管径不整齐，形状不规则，并且在制备过程中必须要用到催化剂。这种方法的主要研究方向是希望通过控制模板上催化剂的排列方式来控制生成的碳纳米管的结构，已经取得了一定进展。 激光烧蚀法 激光烧蚀法的具体过程是：在一长条石英管中间放置一根金属催化剂/石墨混合的石墨靶，该管则置于一加热炉内。当炉温升至一定温度时，将惰性气体冲入管内，并将一束激光聚焦于石墨靶上。在激光照射下生成气态碳，这些气态碳和催化剂粒子被气流从高温区带向低温区时，在催化剂的作用下生长成CNTs。 固相热解法
浇注型聚氨酯 1概述 聚氨酯弹性体（PUE，PolyurethaneElastomer）是一类综合性能优良的高分子合成材料,包含有浇注型聚氨酯弹性体(CPU)、热塑型聚氨酯弹性体(TPU)和混炼型聚氨酯弹性体(MPU),微孔聚氨酯弹性体、聚氨酯防水材料、鞋底材料、铺装材料等。 CPU 在加工前成型前为粘性液体，故有“液体橡胶”之称，它是以液态低聚物多元醇、异氰酸酯和小分子扩链剂为原料，使用液体混合浇注的加工成型方法，经扩链交联反应得到固化交联的高弹性产物。CPU 成型工艺简单，形成的弹性体分子完整程度高，最大限度发挥了聚氨酯弹性体的特点，综合性能也优于 MPU 和 TPU，因而成为聚氨酯弹性体中产量最大、应用范围最广的品种。在许多工业领域中，CPU 正在逐步地取代传统金属和硫化橡胶，取得越来越广泛的应用。浇注法也是本课题制备聚氨酯弹性体采用的方法。MPU 加工的第一步是合成高粘度、储存稳定、可以混炼加工的聚氨酯生胶（线性分子，分子量为 20 000~30 000），然后在开炼机或密炼机中将其与硫化剂、促进剂、补强性填料等相混合，经成型最后硫化成具有弹性体物理化学性能的聚氨酯弹性体，可以看到，MPU 的加工方法和传统橡胶相似，因而是最早获得工业生产和应用的一种聚氨酯弹性体，但 MPU 的性能比 CPU 和 TPU 差，硬度一般在 ShoreA55~A80，工艺复杂，产量较小。TPU 常采用一步法生产，即将聚合物多元醇、二异氰酸酯和小分子扩链剂混合，在双螺杆反应器中反应，然后切粒和干燥，使用塑料挤出、注射成型的加工方法进行生产。TPU 的数均分子量较大，硬度较高。 聚氨酯弹性体是由相对分子质量大的聚醇软段和相对分子质量低的二异氰酸酯与二胺或二醇合成的硬段所构成的弹性体。软段提供弹性体的韧性、弹性和低温性能；硬段贡献弹性体的刚性、强度以及耐热性[1]。 聚氨酯弹性体具有优异的综合性能，因而广泛应用于各种领域。聚氨酯胶辊、胶轮、筛板、密封件等仍然是浇注型聚氨酯弹性体的重要产品，质量在提高、品种在增加、应用领域在扩大是其发展趋势。阻燃、耐热、阻尼、低摩擦型等聚氨酯弹性体具有广阔的市场空间和发展前景，已引起业界的高度重视。 聚氨酯弹性体分子中有大量的极性基团,同时氨基甲酸酯键可以使分子链之间形成较强的氢键交联。有效地防止了应力作用下分子链之间的滑移,使其不仅具有较高的力学性能、突出的耐磨性,还具有耐油、耐水、耐臭氧、耐辐射、耐低温、气密性 1
耐磨聚氨酯弹性体的应用—— 实心轮、球磨机衬里、矿石筛板及筛网 聚氨酯弹性体耐磨材料在我国矿业中的应用已经比较广泛，在采矿的提升、研磨、分级、筛分脱水、输送等工艺过程中，绝大部分的设备都需要使用聚氨酯弹性体作为结构件．聚氨酯弹性体耐磨材料的实用实例有矿石筛板、筛网、实心轮、球磨机衬里等。 一、提升机摩擦衬垫 摩擦式提升机是我国矿山主要的提升设备，摩擦衬垫是其关键部件之一，提升机就是靠它和钢丝绳间的摩擦力来提升重物，同时起到保护钢丝绳的目的，衬垫的失稳或失效会造成重大的财产损失或人员伤亡，提升机型号不同，所需摩擦衬垫数量也不同，小到几公斤，大到一吨多．目前国内常用的衬垫材料主要是PVC、酚醛树脂或皮革等，聚氨酯弹性体制作的摩擦衬垫有较高的强度和很高的断裂延伸率，摩擦磨损性能优良，可以显著提高提升机的摩擦性能及其使用寿命。 二、聚氨酯弹性体实心轮 聚氨酯弹性体实心轮适用于各种重型搬运车辆，如单轨运输车、齿轨车的驱动轮等．现以潞安矿务局漳村矿使用的单轨吊车驱动轮为例，该矿过去每年需购各种材料的驱动轮350件，耗资20多万元，自从使用山西省化工研究所制作的聚氨酯驱动轮，全年仅使用50余个，耗资不足3万元，降低成本85％，且金属骨架还可以回收再利用，并减轻了维护工作量。 三、球磨机衬里 球磨机是我国用于研磨矿石的主要设备，衬里是球磨机的主要易损件．聚氨酯弹性体衬里的耐磨性比氧化铝瓷衬里高一个数量级，综合使用寿命成倍延长，因而减少了球磨机维修和更换衬里的停产时间，有效提高了设备利用率；聚氨酯弹性体衬里的厚度只有氧化铝瓷衬的1／4至1／3，扩大了球磨机容积，投料量最多可以增加约50％，提高了单台球磨机的生产效率；聚氨酯弹性体衬里只有氧化铝瓷衬的I／6左右，使球磨机耗电量明显下降，降低了生产成本；聚氨酯衬里能量吸收好，可明显降低噪音，使之低于85dB的国家标准，改善劳动环境．国内部分球磨机的衬里采用了聚氨酯弹性体，取得了优良的效果，正在推广中。 四、筛板及筛网 传统使用的筛板和筛网是由冲孔、焊接、编织的各种碳钢或不锈钢材料制造，它的缺点是不耐磨、噪音大、寿命短(一般为三个月)，且备件占用流动资金大．近
聚合物/碳纳米管复合材料研究综述 摘要 综述了目前碳纳米管在填充聚合物来制备介电、导电、吸波、导热等复合材料方面的应用。对常见的几种聚合物/碳纳米管复合材料的制备工艺以及碳纳米管在聚合物中的分散方法进行了详细地阐述。最后对聚合物/碳纳米管在研究过程中存在的问题和未来的研究方向进行了相应地分析和展望。 关键词:碳纳米管; 逾渗理论; 复合材料; 制备工艺; 分散 Review of Research on Polymer /Carbon Nanotube Composite Abstract The current carbon nanotube-filled polymer compound to prepare the electricity，conductive，absorbing，thermal conductivity，and other aspects of application of composite materials are reviewed．Several common polymer / carbon nanotube composite preparation process as well as the dispersion of carbon nanotubes in polymer are elaborated．Finally，the polymer /carbon nanotube in the study process and future research is analyzed and prospected． Key words: carbon nanotubes; percolation theory; composite; preparation; dispersion
碳纳米管的制备方法 摘要：本文简单介绍了碳纳米管的结构性能，主要介绍碳纳米管的制备方 法， 包括石墨电弧法、催化裂解法，激光蒸发法等方法,也对各种制备方法的优缺 点进行 了阐述。 关键词：碳纳米管制备方法 Preparation of carbon nanotubes Abstract： The structure and performance of carbon nanotubes are briefly introduced, and some synthesis methods, including graphite arc discharge method, catalytic cracking method, laser evaporation method and so on, are reviewed. And the advantages and disadvantages of various preparation methods are also described. Key words：carbon nanotubes methods of preparation 纳米材料被誉为是21世纪最重要材料，是构成未来智能社会的四大支柱之一 ,而碳纳米管是纳米材料中最富有代表性，并且是性能最优异的材料。碳纳米管是碳 的一种同素异形体，它包涵了大多数物质的性质，甚至是两种相对立的性质，如从高 硬度到高韧性，从全吸光到全透光、从绝热到良导热、绝缘体/半导体/高导体和高临界温度的超导体等。正是由于碳纳米材料具有这些奇异的特性，被发现的短短十几年
来，已经广泛影响了物理、化学、材料等众多科学领域并显示出巨大的潜在应用前景。 碳纳米管又名巴基管，即管状的纳米级石墨晶体。它具有典型的层状中空结构， 构成碳纳米管的层片之间存在一定夹角，管身是准圆筒结构，并且大多数由五边形截 面组成，端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构。是一种具有特殊结构（径向 尺寸为纳米量级、轴向尺寸为微米两级，管子两端基本上都封口）的一维纳米材料。 碳纳米管存在多壁碳纳米管(MWNTS)和单壁碳纳米管（SWNTS）两种形式。单层碳纳米管结构模型如图1所示。理想的多层碳纳米管可看成多个直径不等的单层管同轴套构而成，层数可以从二层到几十层，层与层之间保持固定距离约为0.34nm，直径一般为2~20nm.但实际制备的碳纳米管并不完全是直的或直径均匀的，而是局部 1 区域出现凸凹弯曲现象，有时会出现各种形状如L、T、Y形管等。研究认为所有这 些形状的出现是由于碳六边形网络中引入五边形和七边形缺陷所致。五边形的引入引 起正弯曲，七边形的引入引起负弯曲。
聚氨酯弹性体的特性与应用 1.聚氨酯弹性体的特性 聚氨酯弹性体的综合性能出众，任何其他橡胶和塑料都无与伦比。而且聚氨酯弹性体可根据加工成型的要求进行加工，几乎能用高分子材料的任何一种常规工艺加工，如混炼模压、液体浇注、熔融注射、挤出、压延、吹塑、胶液涂覆、纺丝和机械加工等。聚氨酯弹性体的用途十分广泛，产品几乎遍及多用领域。聚氨酯弹性体综合性能出众，主要表现在弹性体兼备了从橡胶到塑料的许多宝贵特性。 （1）硬度范围宽。而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率。 （2）强度高。在橡胶硬度下他们的拉伸强度和撕裂强度比通用橡胶高得多；在塑料硬度下，他们的冲击强度和弯曲强度又比塑料高得多。 （3）性能的可调节范围大。多项物理机械性能指标均可通过对原材料的选择和配方的调整，在一定范围内变化，从而满足用户对制品性能的不同要求 （4）耐磨。有“耐磨橡胶”的佳称。特别是在有水、油等润湿介质存在的工作条件下，其耐磨性往往是普通橡胶材料的几倍到几十倍。金属材料如钢铁等虽然很坚硬，但并不一定耐磨，如黄河灌溉区的大型水泵，其过流部件金属口环和保护圈经过大量泥沙的冲刷，用不了几百小时就严重磨损漏水，而采用聚氨酯弹性体包覆的口环和保护圈则连续运行1800小进仍未磨损。其它如碾米用的砻谷机胶辊、选煤用的振动筛筛板、运动场的径赛跑道、吊车铲车用的动态油密封圈、电梯轮和旱冰鞋轮等等也都是聚氨酯弹性体的用武之地。在此需提到的一点是，要提高中低硬度聚氨酯弹性体制件的摩擦系数，改善在承载负荷下的耐磨性能，可在这类聚氨酯弹性体中添加少量二硫化铝、石墨或硅油等润滑剂。 （5）耐油。聚酯型聚氨酯弹性体的耐油性不低于丁腈橡胶，与聚硫橡胶相当。（6）耐臭氧性能优良。 （7）吸震、抗辐射和耐透气性能好。 （8）加工方式多样，适用性广泛。聚氨酯弹性体既可跟通用橡胶一样采用塑炼、混炼、硫化工艺成型(指MPU)；也可以制成液体橡胶，浇注模压成型或喷涂、灌封、离心成型(指CPU)；还可以制成颗粒料，与普通塑料一样，用注射、挤出、压延、吹塑等工艺成型(指CPU)。模压或注射成型的制件，在一定的硬度范围内，还可以进行切割、修磨、钻孔等机械加工。加工的多样性，使聚氨酯弹性体的适用性十分广泛，应用领域不断扩大。 这些优点正是聚氨酯弹性体在军工、航天、声学、生物学等领域获得广泛应用的原因。 聚氨酯弹性体的不足方面： （1）内生热大，耐高温性能一般，特别是耐湿热性能不好。正常使用温度范围是-40~120℃使用。若需在高频振荡条件或高温条件下长期作用，则必须在结构设计或配方上采取相应改性措施。 （2）不耐强极性溶剂和强酸碱介质。在一定温度下，醇、酸、酮会使聚氨酯弹性体溶胀和降解，氯仿、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、三氯乙烯等溶剂在常温下就会使聚氨酯弹性体溶胀 下面详细介绍聚氨酯弹性体的主要性能。
碳纳米管纳米复合材料的研究现状及问题(一) 文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。 1.1溶液共混复合法 溶液法是利用机械搅拌、磁力搅拌或高能超声将团聚的碳纳米管剥离开来，均匀分散在聚合物溶液中，再将多余的溶剂除去后即可获得聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法的优点是操作简单、方便快捷，主要用来制备膜材料。Xuetal8]和Lauetal.9]采用这种方法制备了CNT/环氧树脂复合材料，并报道了复合材料的性能。除了环氧树脂，其它聚合物(如聚苯乙烯、聚乙烯醇和聚氯乙烯等)也可采用这种方法制备复合材料。 1.2熔融共混复合法 熔融共混法是通过转子施加的剪切力将碳纳米管分散在聚合物熔体中。这种方法尤其适用于制备热塑性聚合物/碳纳米管复合材料。该方法的优点主要是可以避免溶剂或表面活性剂对复合材料的污染，复合物没有发现断裂和破损，但仅适用于耐高温、不易分解的聚合物中。Jinetal.10]采用这种方法制备了PMMA/MWNT复合材料，并研究其性能。结果表明碳纳米管均匀分散在聚合物基体中，没有明显的损坏。复合材料的储能模量显著提高。 1.3原位复合法 将碳纳米管分散在聚合物单体，加入引发剂，引发单体原位聚合生成高分子，得到聚合物/碳纳米管复合材料。这种方法被认为是提高碳纳米管分散及加强其与聚合物基体相互作用的最行之有效的方法。Jiaetal.11]采用原位聚合法制备了PMMA/SWNT复合材料。结果表明碳纳米管与聚合物基体间存在强烈代写论文的黏结作用。这主要是因为AIBN在引发过程中打开碳纳米管的π键使之参与到PMMA的聚合反应中。采用经表面修饰的碳纳米管制备PMMA/碳纳米管复合材料，不但可以提高碳纳米管在聚合物基体中的分散比例，复合材料的机械力学性能也可得到巨大的提高。 2聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状 2.1聚合物/碳纳米管结构复合材料 碳纳米管因其超乎寻常的强度和刚度而被认为是制备新一代高性能结构复合材料的理想填料。近几年，科研人员针对聚合物/碳纳米管复合材料的机械力学性能展开了多方面的研究，其中，最令人印象深刻的是随着碳纳米管的加入，复合材料的弹性模量、抗张强度及断裂韧性的提高。
碳纳米管的制备及其应用进展 10710030133 周健波 摘要：本文通过对新型化工材料碳纳米管的结构以及制备方法的介绍，并说明了制备纳米管方法有石墨电弧法、激光蒸发法、催化热解法等技术。同时也叙述了碳纳米管在力学性能、光学性能、电磁学性能等性能的研究及其应用。 关键词：碳纳米管制备结构石墨电弧法应用 1.引言 1991年日本科学家IIJI MA发现了碳纳米管（Carbon nanotube , CNT）, 开辟了碳科学发展的新空间. 碳纳米管具有机械强度高、比表面大、电导率高、界面效应强等特点,以及特殊的机械、物理、化学性能,在工程材料、催化、吸附分离、储能器件电极材料等诸多领域得到了广泛应用。 2.碳纳米管的结构 碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主, 与相邻的3个碳原子相连,形成六角形网格结构,但此六角形网格结构会产生一定的弯曲, 可形成一定的sp3杂化键。 单壁碳纳米管( SW CNT )的直径在零点几纳米到几纳米之间,长度可达几十微米;多壁碳纳米管(MW CNT)的直径在几纳米到几十纳米之间长度可达几毫米,层与层之间保持固定的间距,与石墨的层间距相当,约为0 . 134 nm。碳纳米管同一层的碳管内原子间有很强的键合力和极高的同轴向性,可看作是轴向具有周期性的一维晶体，其晶体结构为密排六方, 被认为是理想的一维材料。 碳纳米管可看成是由石墨片层绕中心轴卷曲而成, 卷曲时石墨片层中保持不变的六边形网格与碳纳米管轴向之间可能会出现夹角即螺旋角.当螺旋角为零时, 碳纳米管中的网格不产生螺旋而不具有手性, 称之为锯齿型碳纳米管或扶手型碳纳米管;当碳纳米管中的网格产生螺旋现象而具有手性时,称为螺旋型碳纳米管。随着直径与螺旋角的不同, 碳纳米管可表现出金属性或半导体性。 3.碳纳米管的制备方法 3.1石墨电弧法
聚氨酯弹性体的应用 聚氨酯弹性体的应用1.在选煤、矿山、冶金等行业的应用聚氨酯弹性体是最符合矿山要求的非金属材料，可取代部分金属材料。用于矿山的聚氨酯弹性体制品有筛板、弹性体衬里、运输带等。聚氨酯橡胶筛板品种有弛张筛板、张力筛板、条缝筛板等。聚氨酯橡胶筛板具有优异的耐磨、耐水、耐油、吸振消声、强度高、与金属骨架粘接牢等特性，噪音小，自清理效果好，并减轻筛机负荷，节省能耗，延长了筛机寿命，筛分的质量高。许多矿山设备如摇床、浮选机、特种选矿机、族流器、螺旋流槽、粉碎机、磁选机、管道和弯头，接触碎石等物料，需要耐磨的衬里；矿用单轨吊车的钢芯聚氨酯驱动轮、阻燃抗静电的聚氨酯输送带、设备电缆TPU护套、防尘圈、减震块等，聚氨酯弹性体是首选的材料。 2.聚氨酯胶辊聚氨酯胶辊是一类性能优异的聚氨酯橡胶制品，一般采用浇注工艺在钢或铁辊外覆一层聚氨酯弹性体而成。根据用途分种类有：粮食加工的砻谷胶辊，造纸工业中的挤压胶辊和轧浆胶辊，纺织工业中用作拉丝辊、牵伸辊和切丝辊等，木材、玻璃和包装工业所用的传动轴承胶辊，印染机械用各种胶辊，各种仪器用小型胶辊，输送系统用传送胶辊，印刷胶辊，金属冷轧用传送胶辊，金属钢板彩涂胶辊等等，这些胶辊的胶层都可以用聚氨酯弹性体制作。胶辊大多数采用浇注工艺制造，一般采用把钢芯放在圆筒型模具中央浇注弹性体成型。特殊的胶辊可采用离心浇注法或旋转浇注法。旋转浇注法无需模具，采用室温硫化浇注弹性体体系，总加工时间缩短。 3.聚氨酯胶轮及轮胎聚氨酯弹性体承载能力大、耐磨、耐油，与金属骨架粘接牢固，可用于制造在各种传动机构中广泛使用的胶轮，如；生产线传送带用托轮、导轮，缆车的滑轮，等等。体育娱乐方向，高档溜冰鞋旱冰轮及滑板车的轮子都采用聚氨酯制造。聚氨酯胶轮还具有耐油、韧性好、附着力强等特点，在矿用单轨吊车、齿轨车及清洗车等车辆上使用效果十分明显。聚氨酯还用于很小的电子和精密仪器传动轮、各种万向轮等。还有微发泡轮胎，PU发泡填充轮胎等。 4.机械配件各种密封圈、减震块、联轴节、汽车防滑链等。 5.鞋材聚氨酯弹性体具有缓冲性能好，质轻、耐磨、防滑等特点，加工性能好，已成为制鞋工业中一种重要的鞋用合成材料，制造棒球鞋、高尔夫球、足球等的运功鞋、鞋底、鞋跟、鞋头，以及滑雪鞋、安全鞋、休闲鞋等。用于鞋材的聚氨酯材料有浇注型微孔弹性体及热塑性聚氨酯弹性体等，以微孔弹性体鞋底为主。聚氨酯微孔弹性体质轻，耐磨性又好．受到制鞋厂商的青睬。制品密度低，比传统的橡胶底和PVC鞋材要轻得多。在国内微孔聚氨酯能弹性体主要用于旅游鞋、皮鞋、运动鞋、凉鞋等的鞋底及鞋垫，
碳纳米管纳米复合材料的分析现状及问题 [摘要]文章介绍了碳纳米管的结构和性能，综述了碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法及其聚合物结构复合材料和聚合物功能复合材料中的应用研究情况，在此基础上，分析了碳纳米管在复合材料制备过程中的纯化、分散、损伤和界面等问题，并展望了今后碳纳米管/聚合物复合材料的发展趋势。 [关键词]碳纳米管；复合材料；结构；性能 自从1991 年日本筑波NEC 实验室的物理学家饭岛澄男(Sumio Iijima)[1]首次报道了碳纳米管以来，其独特的原子结构与性能引起了科学工作者的极大兴趣。按石墨层数的不同碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWNTs) 和多壁碳纳米管(MWNTs)。碳纳米管具有极高的比表面积、力学性能(碳纳米管理论上的轴向弹性模量与抗张强度分别为1~2 TPa 和200Gpa)、卓越的热性能与电性能(碳纳米管在真空下的耐热温度可达2800 ℃，导热率是金刚石的 2 倍，电子载流容量是铜导线的1000 倍)[2-7]。碳纳米管的这些特性使其在复合材料领域成为理想的填料。聚合物容易加工并可制造成结构复杂的构件，采用传统的加工方法即可将聚合物/碳纳米管复合材料加工及制造成结构复杂的构件，并且在加工过程中不会破坏碳纳米管的结构，从而降低生产成本。因此，聚合物/碳纳米管复合材料被广泛地研究。 根据不同的应用目的，聚合物/碳纳米管复合材料可相应地分为结构复合材料和功能复合材料两大类。近几年，人们已经制备了各种各样的聚合物/碳纳米管复合材料，并对所制备的复合材料的力学性能、电性能、热性能、光性能等其它各种性能进行了广泛地研究，对这些研究结果分析表明：聚合物/碳纳米管复合材料的性能取决于多种因素，如碳纳米管的类型(单壁碳纳米管或多壁碳纳米管)，形态和结构(直径、长度和手性)等。文章主要对聚合物/碳纳米管复合材料的研究现状进行综述，并对其所面临的挑战进行讨论。 1 聚合物/碳纳米管复合材料的制备 聚合物/碳纳米管复合材料的制备方法主要有三种：液相共混、固相共融和原位聚合方法，其中以共混法较为普遍。
化工信息学论文 题目：碳纳米管材料的合成方法研究 学院（系）：环境与化学工程学院 专业：化工精细 学生姓名：XXX 学号：XXXXXXXX
碳纳米管材料的合成 摘要：碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。 关键字：碳纳米管合成Carbon Nanotubes Synthesis Application 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。 碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。 利用碳纳米管的性质可以制作出很多性能优异的复合材料。例如用碳纳米管材料增强的塑料力学性能优良、导电性好、耐腐蚀、屏蔽无线电波。使用水泥做基体的碳纳米管复合材料耐冲击性好、防静电、耐磨损、稳定性高，不易对环境造成影响。碳纳米管增强陶瓷复合材料强度高，抗冲击性能好。碳纳米管上由于存在五元环的缺陷，增强了反应活性，在高温和其他物质存在的条件下，碳纳米管容易在端面处打开，形成一个管子，极易被金属浸润、和金属形成金属基复合材料。这样的材料强度高、模量高、耐高温、热膨胀系数小、抵抗热变性能强。 碳纳米管自1 991年发现以来，就因其独特的结构和异乎寻常的性能令世人瞩目。超强的力学性能、优异的场发射性能、极高的储氢性能Ⅲ、潜在的化学性能等使该材料成为纳米材料和技术领域的研究热点。所以，研究其经济，简单的合成方法尤为重要。 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD)，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法和新型合成方法等。