改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.001

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (6): 1-5.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.06.001

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改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究

李凯泽(), 辛勇()

南昌大学机电工程学院，南昌 330036

收稿日期:2022-02-19 出版日期:2022-06-26 发布日期:2022-06-27
通讯作者: 辛勇（1959-），男，二级教授、博士研究生导师、工学博士（后），享受国务院特殊津贴专家，主要从事聚合物微纳米结构精密成型技术方面的研究，xinyong_sh@sina.com
E-mail:627912670@qq.com;xinyong_sh@sina.com
作者简介:李凯泽（1997-），男，南昌大学机电工程学院硕士研究生，主要研究方向为碳纳米管改性聚合物的性能研究，627912670@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金(51365038)

Properties of thermoplastic polyurethane composites modified with carbon nanotubes

LI Kaize(), XIN Yong()

School of Mechanical and Electrical Engineering，Nanchang University，Nanchang 330036，China

Received:2022-02-19 Online:2022-06-26 Published:2022-06-27
Contact: XIN Yong E-mail:627912670@qq.com;xinyong_sh@sina.com

摘要/Abstract

摘要：

以碳纳米管（CNTs）和热塑性聚氨酯（TPU）为原料，通过硫酸（H₂SO₄）/硝酸（HNO₃）混合溶液处理碳纳米管颗粒表面以达到改性的效果，使用改性过后的碳纳米管熔融共混制备出TPU/CNTs复合材料。研究了不同含量的CNTs对TPU基体的流变、力学、耐磨性以及热性能的影响。结果表明，改性过后的CNTs在TPU基体中形成了良好的分散性和相容性；TPU/CNTs复合材料在高频剪切下保留了复合材料的加工流动性，并且复合材料的拉伸强度以及耐磨性相较于TPU有明显的增强，其中在改性碳纳米管含量较低时，复合材料的力学性能改善较为明显；改性CNTs的加入提高了TPU基体的熔融温度和结晶度；改性CNTs的加入提高了复合材料的热降解温度，提高了TPU基体的热稳定性。

关键词: 碳纳米管, 热塑性聚氨酯, 流变性能, 热性能, 力学性能

Abstract:

In this work， the surface of carbon nanotubes （CNTs） was treated with a mixed solution of sulfuric acid （H₂SO₄）/nitric acid （HNO₃）， and then thermoplastic polyurethane （TPU） composites were prepared through melt blending using the modified CNTs as a raw material. The effects of CNTs content on the rheological， mechanical， wear?resistant， and thermal properties of the composites were investigated. The experimental results indicated the modified CNTs exhibited a good dispersibility in the TPU matrix due to the good compatibility between the filler and matrix. The TPU/CNTs composite retained a good processing fluidity under high?frequency shearing， and their tensile strength and wear resistance are significantly enhanced compared to pure TPU. This modification effect was especially significant for the composites with a low content of modified CNTs. The mechanical properties of the composites were improved significantly. Differential scanning calorimetry analysis results indicated that the addition of modified CNTs improved the melting temperature and crystalline level of the TPU matrix. Thermogravimetric analysis results indicated that the addition of modified CNTs improved the thermal degradation temperature and thermal stability of the composites.

Key words: carbon nanotubes, thermoplastic polyurethane, rheological behavior, thermal performance, mechanical property

中图分类号:

TQ323.8

李凯泽, 辛勇. 改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 1-5.

LI Kaize, XIN Yong. Properties of thermoplastic polyurethane composites modified with carbon nanotubes[J]. China Plastics, 2022, 36(6): 1-5.

图/表 6

图1 TPU/2 %CNTs复合材料的断面形貌

Fig.1 Cross?sectional morphologies of TPU/2 wt%CNTs composites

图2 TPU/CNTs复合材料的流变性能

Fig.2 Rheological behavior of TPU/CNTs composite

图3 TPU/CNTs复合材料的力学性能

Fig.3 Mechanical properties of TPU/CNTs composite

图4 纯TPU和不同TPU/CNTs复合材料在不同载荷下的磨损损耗

Fig.4 Wear loss of pure TPU and TPU/CNTs composites with different mass fractions under different loads

图5 纯TPU及不同TPU/CNTs复合材料的DSC加热曲线

Fig.5 DSC heating curves of pure TPU and TPU/CNTs composites with different mass fractions

图6 纯TPU及不同TPU/CNTs复合材料的 TGA和DTG曲线

Fig.6 TGA and DTG curves of pure TPU and TPU/CNTs composites with different mass fractions

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改性碳纳米管增强热塑性聚氨酯复合材料的性能研究

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