免费论文：碳纳米管及石墨烯改性树脂及其复合材料性能研究

碳纳米管和石墨烯作为纳米碳材料家族中受到广泛关注的两大成员，它们都具有优异的力学、热学、电学性能，人们发现利用碳纳米管、石墨烯与聚合物复合成各种材料，是延伸纳米碳材料应用领域的一种有效的方法。把碳纳米管、石墨烯作为填料加入聚合物中不仅能增强聚合物的力学性能，而且还能赋予其优异的导电、导热等功能特性。在碳纳米管、石墨烯对树脂性能的影响研究方面，国外学者已经取得了较多的研究成果。虽然国内学者对碳纳米管、石墨烯复合材料的研究做了一定的工作，但是深入程度与国外相比还有一定差距，尤其在导电、导热等功能特性方面，相关的研究报道并不多。因此，采用三辊研磨方法实现高浓度的分散，并考察不同纳米碳材料对树脂体系加工特性、热学、电学等性能的影响因素及规律，对碳纳米管、石墨烯复合材料的发展和应用具有较大的理论和现实意义。本文首先考察了影响三辊研磨法分散效果的因素，主要包括辊距、研磨次数等，确定了最优的研磨工艺，并探索了表征碳纳米管在树脂基体中分散效果的方法。研究了不同结构的碳纳米管以及石墨烯单组分添加对环氧树脂导电、导热及流变等加工特性的影响规律，进而考察了碳纳米管、石墨烯协同作用提高环氧树脂复合材料导电导热性能的效果及原理。最后，采用溶剂法制备了石墨烯/TPU（Thermoplastic Polyurethane，热塑性聚氨酯）纳米复合材料薄膜，并研究了GO（Graphene Oxide，石墨烯氧化物）、RGO（Reduced Graphene Oxide，还原石墨烯）对其力学、导电、导热性能的不同影响。实验结果表明：研磨参数直接影响到碳纳米管在树脂基体中的分散效果，辊距越小，剪切力越大，能够更有效地打开碳纳米管团聚体，分散效果越好，且随着研磨次数的增加，碳纳米管在基体中分散越来越均匀。碳纳米管的功能化程度越高，纳米管团聚现象越少，复合材料的粘度越低，二维的石墨烯对树脂的粘度影响小，具有良好的加工性能。碳纳米管的功能化，显著增强了材料的导热性能，但是却降低其导电性能。将碳纳米管和石墨烯混合添加到树脂基体中，在一定比例下可充分发挥二者的协同作用机制，同时提高了材料的导电和导热性能。GO与TPU复合能够得到高导热、低导电的复合材料，而RGO则能够同时提升其导电、导热性能，得到高导热、高导电复合材料；GO和RGO的加入，均能明显提高TPU的力学性能。

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