CNTs/TPU复合材料的制备与性能研究(2)
3.1.1 颜色变化 19
3.1.2 红外光谱 19
3.2 含氟等离子体诱导接枝聚合功能化CNTs研究 20
3.2.1 目视法 20
3.2.2 红外光谱 21
3.3 CNTs的氟功能化效果评价 22
3.3.1 力学性能 22
3.3.2 表面性能 25
3.3.3 热学性能 29
3.4 氟功能化处理前后的CNTs改性TPU弹性体效果评价 29
4 结 论 31
4.1 含氟单体的等离子体聚合技术研究 31
4.2 含氟等离子体诱导接枝聚合功能化CNTs研究 31
4.3 含氟单体修饰CNTs改性TPU的效果评价 31
致 谢 32
参考文献 33
1 绪论
1.1 碳纳米管
1991年，日本NEC公司的Iijima用高分辨透射电镜分析电弧放电产生的阴极沉积物时，发现了具有纳米尺寸的多层管状物，被称为碳纳米管[1] (Carbon Nanotubes，CNT)。研究表明，碳纳米管具有巨大的拉伸强度和很高的长径比，而且还具有优良的导电、导热性能等。碳纳米管优异的性能是由于其整体的SP2杂化碳原子这种独特的结构。共轭的SP2碳原子形成大的几体系。这种结构赋予了碳纳米管独特的优异性能，使其在在场发射、分子电子器件、复合体增强材料、储氢储能材料等众多领域得到广泛研究与应用。
1.1.1 碳纳米管的结构
图1-1 单壁碳纳米管的模型图
碳纳米管可以看作是石墨片层绕中心轴按一定的螺旋度卷曲形成的管状物，由正吹冰边形及末端少量的五边形共同组成，如图1-1所示的单壁碳纳米管的模型图。
碳纳米管中每个碳原子和相邻的三个碳原子相连，形成吹冰角形网格结构，因此碳纳米管中的碳原子以SP2杂化为主，但是碳纳米管中吹冰角形网格结构会产生一定的弯曲，形成空间拓扑结构，其中也可形成一定的SP3杂化键，但是还是以SP2杂化为主。不过，圆筒状弯曲会导致量子限域和。σ-π再杂化，其中三个σ键稍微偏离平面，而离域的π轨道则是更加偏向管的外侧。这使得碳纳米管比石墨具有更高的机械强度、更为优良的导电性和导热性以及更高的化学和生物活性。另外，在吹冰方形网格结构中也允许五元环和七元环等拓扑缺陷的存在，形成闭口的、弯曲的、环形和螺旋碳纳米管。由于π电子的再分布，此时电子将定域在五元环和七元环上。碳纳米管的性能由它们的直径和手性角θ来确定，而这两个参数又取决于两个整数n和m值，Ch=na1+ma2，al和a2为碳纳米管一个单胞的单位矢量。手性矢量形成了纳米管圆形横截面的圆周，不同的m和n值导致了不同的碳纳米管结构。将石墨片沿手性向量Cb=na1+ma2卷曲形成(n，m)管的过程示意图，如图1-2所示的。
图1-2 将石墨片沿手性向量Cb=na1+ma2 卷曲形成(n，m)管的过程示意图。
碳纳米管按其构成石墨的层数分类，可分为单壁碳纳米管与多壁碳纳米管两种。单壁碳纳米管仅由一层石墨片卷曲而成；多壁碳纳米管则由多层的石墨片卷曲而成，形状像同轴电缆，如图1-3所示的多壁碳纳米管的示意图。
图1-3 多壁碳纳米管的结构模型图
1.1.2 碳纳米管的性能
（1） 碳纳米管的耐热性能
CNTs具有良好的耐热性，其在真空状态下热稳定性达到2800 ℃，因此在聚合物中加入CNTs也可提高聚合物的耐热性。Xiong等[4]通过原位聚合法制得了 PU/CNTs复合材料。结果发现，由于CNTs与PU硬段通过化学键结合在一起，再加上CNTs优良的热性能，复合材料的热稳定性得到了改善，且其玻璃化转变温度也得到了提高。