碳纳米管/纤维素在不饱和聚酯树脂中的分散性及力学性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.005

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (3): 30-37.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.03.005

碳纳米管/纤维素在不饱和聚酯树脂中的分散性及力学性能研究

滕方瑞¹, 王小峰², 蒋晶³, 崔鑫楠⁴, 韩文娟¹(), 宇山浩⁴, 李倩¹^,²

^1.郑州大学材料科学与工程学院，郑州 450001
^2.郑州大学力学与安全工程学院，微纳成型技术国家级国际联合研究中心，郑州 450001
^3.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
^4.大阪大学应用化学专攻，大阪府吹田市 565? 0871

收稿日期:2020-10-22 出版日期:2021-03-26 发布日期:2021-03-22

Study on Dispersibility and Mechanical Properties of MWCNT and CNFCA in Unsaturated Polyester Resin

TENG Fangrui¹, WANG Xiaofeng², JIANG Jing³, CUI Xinnan⁴, HAN Wenjuan¹(), UYAMA Hiroshi⁴, LI Qian¹^,²

^1.School of Material Science and Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^2.International Joint Research Laboratory for Micro?Nano Moulding Technology，College of Mechanics and Safety Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^3.College of Mechanical and Power Engineering，Zhengzhou University，Zhengzhou 450001，China
^4.Department of Applied Chemistry，Osaka University，Osaka 565? 0871，Japan

Received:2020-10-22 Online:2021-03-26 Published:2021-03-22
Contact: HAN Wenjuan E-mail:wenjuan.han@zzu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

在超声改善MWCNT在不饱和聚酯树脂的分散性的基础上，通过非共价官能团化的方法引入处理过的天然填料柠檬酸化纤维素（CNFCA）来增强不饱和聚酯树脂，并采用偏光显微镜、旋转流变仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、万能试验机等对不饱和聚酯树脂纳米复合材料的结构和性能进行了研究。结果表明，MWCNT的加入可以使不饱和聚酯复合材料的拉伸性能提高，通过溶剂辅助超声的方法可以使MWCNT的分散性提高，从而进一步提高不饱和聚酯纳米复合材料的力学性能；CNFCA的加入使得不饱和聚酯树脂纳米复合材料的力学性能得到较大程度的提高；超声分散和研磨的方法可以有效地将CNFCA和MWCNT结合在一起，从而提高其在不饱和聚酯中的分散能力。

关键词: 不饱和聚酯树脂, 碳纳米管, 纤维素, 超声, 流变

Abstract:

A surface modification was performed to improve the dispersibility of multi?walled carbon nanotubes （MWCNT） using an ultrasonic method. Citrated cellulose （CNFCA） as a natural filler was also surface modified by means of a noncovalent functionalization method. MWCNT/CNFCA?reinforced unsaturated polyester resin （UPR） nanocomposites were prepared and their structure and performance were investigated by using polarizing optical microscope， rotation rheometer， SEM， TEM and universal test machine. The results indicated that the tensile properties of the nanocomposites were improved with the addition of MWCNT. The dispersibility of MWCNTs could be improved with the aid of solvent ultrasound， resulting in a further improvement in the mechanical properties of the nanocomposites. The addition of CNFCA greatly improved the mechanical properties of UPR/MWCNT composites. A combination of ultrasonic dispersion and grinding method can make CNFCA and MWCNT bind together， improving their dispersibility in UPR resin.

Key words: unsaturated polyester, carbon nanotubes, cellulose, ultrasound, rheology

中图分类号:

TQ323.4⁺1

滕方瑞, 王小峰, 蒋晶, 崔鑫楠, 韩文娟, 宇山浩, 李倩. 碳纳米管/纤维素在不饱和聚酯树脂中的分散性及力学性能研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 30-37.

TENG Fangrui, WANG Xiaofeng, JIANG Jing, CUI Xinnan, HAN Wenjuan, UYAMA Hiroshi, LI Qian. Study on Dispersibility and Mechanical Properties of MWCNT and CNFCA in Unsaturated Polyester Resin[J]. China Plastics, 2021, 35(3): 30-37.

图/表 10

样品编号	溶剂	超声处理/min	溶剂挥发温度/℃	MWCNT/ %	CNFCA/ %
0^#	—	—	—	—	—
1^#	—	30	—	0.3	—
2^#	苯乙烯	30	80	0.3	—
3^#	苯乙烯	30	80	0.3	0.1

表1 样品参数

Tab.1 Sample parameters

图1 复合材料制备流程图

Fig.1 Flow chart for preparation of the composite materials

图2 不同填料的微观SEM照片(×10 000)

Fig.2 SEM image of different fillers(×10 000)

图3 不同填料的微观TEM照片

Fig.3 TEM image of different fillers

图4 不同组分情况下的MWCNT在液相树脂中的分散性

Fig.4 Dispersibility of MWCNT in liquid resin with different components

图5 不同组分MWCNT的稳态剪切流变黏度变化

Fig.5 Steady state shear rheological viscosity of MWCNT with different components

图6 不同组分MWCNT振荡剪切流变变化

Fig.6 Oscillating shear rheological changes of MWCNTs with different component

图7 复合材料断面的SEM照片

Fig.7 SEM images of the fractured section of the composite materials

图8 不同组分复合材料的弹性性能

Fig.8 Tensile properties of the composites with different components

图9 不同组分复合材料的纳米压痕数据

Fig.9 Nanoindentation data of the composites with different components

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