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[期刊论文] 程志林 曹宝冲 刘赞
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CSTPCD 北大核心 SCI
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摘要:利用埃洛石纳米管(HNTs)特有的中空纳米结构,以及丰富的界面化学性质,以聚乙烯醇(PVA)为碳源,采用浸渍填充纳米孔方法实现了一步制备一维碳纳米管(CNTs)/碳纳米棒(CNRs)混合纳米碳材料.考察模板剂(HNTs)和碳源(PVA)之间的比例关系对混合纳米碳材料的结构影响,利用XRD、FTIR 、Raman 、N2吸附-脱附测试、TEM 、SEM以及电阻率和分散性等表征手段分析混合纳米碳材料的结构变化.结果发现,PVA填充含量的增加将导致产物中CNRs的质量分数增加;当PVA和HNTs质量之比为1∶1时,所制备的CNTs/CNRs的孔体积达到最大值2.142 cm3·g-1,比表面积达到583 m2·g-1,并且表现出较好的电导率和分散性,表明低的PVA填充比例制备的混合碳材料中CNTs含量较高....
[专利] 发明专利 CN201711224007.1
扬州大学 2018-04-20
摘要:本发明公开了一种碳纳米管‑碳纳米棒‑PTFE微纳复合材料及其制备方法,所述复合材料由碳纳米管和碳纳米棒的粉状混合物与聚四氟乙烯粉体经粉碎制得微纳复合粉体后通过双螺杆挤压成型造粒得到,所得复合材料拉伸强度增加了30‑40%,弯曲强度增加了5‑10%,摩擦系数降低5‑10%,磨损率降低90‑98%。碳纳米管‑碳纳米棒两种性质的碳纳米材料能够实现协同效应,相互弥补给子的缺点,实现聚合物性能全面提升;从填充的效果来,填充后的性能提升较为显著;复合材料的机械性能和耐磨性能都得到明显提升。
[硕士论文] 曹宝冲
材料工程 扬州大学 2018(学位年度)
摘要:聚四氟乙烯(PTFE)由于良好的化学稳定性和热稳定性、较低的摩擦系数,被广泛用于化工领域。但其具有耐磨性差,易蠕变,机械性能差等缺点,极大地限制了其在各领域的应用,因此需对其进行改性研究。而碳纳米材料具有优异的力学性能,可以作为填充物改性PTFE,极大地改善其磨损性能。但是如石墨烯(GN),碳纳米管(CNTs)等材料的制备成本较高,且单一碳纳米材料作为填料不能全面地改善PTFE的力学和摩擦磨损性能。因此,通过简单的方法制备出碳材料并且利用其填充PTFE具有重要研究价值。
  本文提出了一个低成本,绿色和简单制备石墨烯的方法,以埃洛石(HNTs)为模板,利用其卷曲的层状纳米结构,通过插层原位聚合法引入碳源,成功地合成了GN-HNTs复合物,去除模板后可得到GN。利用XRD、FTIR等表征证明了聚丙烯酰胺被成功插入到HNTs层间。XRD,TEM,HRTEM,SEM等表征表明制备出了GN,所合成的GN由具有微米尺寸的褶皱和折叠的纳米薄片组成,Raman和XPS等表征表明所制备的GN高度石墨化。在GN和GN-HNTs填充PTFE复合材料时发现,填料含量逐步增加时,所得到的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率先升高后降低,材料的弹性模量得到明显提高。GN-HNTs填充后复合材料的拉伸强度最低值为17.25MPa,GN填充后拉伸强度最低值为27.82MPa,与纯PTFE拉伸强度28MPa相比降低不多。纯PTFE断裂伸长率为490%,GN-HNTs填充PTFE断裂伸长率最低可达280%,保持了较好的韧性,而GN填充PTFE断裂伸长率最小值仅为182%,说明GN在PTFE中发生了团聚。GN-HNTs填充后其杨氏模量最大为纯PTFE的约1.9倍,GN填充后其杨氏模量最大约为纯PTFE的1.7倍。GN和GN-HNTs填充PTFE制备复合材料时发现,质量分数持续增加时,复合材料的摩擦系数先是减少然后增加,体积磨损率逐渐减少。并且在高载荷、低转速下,GN-HNTs填充复合材料有优秀的减摩擦性能。填料含量为2wt.%,200N,200r作用下时,复合材料体积磨损率仅为0.0009cm3/h,是纯PTFE的1/622。
  本文利用HNTs的管状结构作为模板,聚乙烯醇(PVA)作碳源,制备得到碳纳米管/碳纳米棒(CNTs/CNRs)的混合物,TEM表征可看出产物是CNTs和CNRs的混合物,由长径比较大的纳米管和长度较短的纳米棒组成。通过XRD、FTIR、Raman、BET、电阻率测试等表征定性研究了混合物中CNTs和CNRs中的配比,结果发现填充含量增加和放大试验均会导致产物中CNRs的质量分数增加。其中最佳的配比为PVA和HNTs质量比为1∶1时,所制备的CNTs/CNRs比表面积为583.187m2/g,孔体积为2.142cm3/g。利用CNTs/CNRs填充PTFE时发现,当填料含量增加时,所得到的复合材料的拉伸强度、断裂伸长率先升高后降低,材料的弹性模量得到明显提高。CNTs/CNRs填充复合材料的拉伸强度最低值为27.74MPa,与纯PTFE拉伸强度28MPa相比无明显变化。纯PTFE断裂伸长率为490%,CNTs/CNRs质量分数为3wt.%时,断裂伸长率仍高达375%,说明其初性保持得较好。CNTs/CNRs填充后其杨氏模量最大为纯PTFE的约1.9倍。CNTs/CNRs的质量分数增加时,复合材料的摩擦系数先减少后增加。当复合材料受到的力逐渐增大时,摩擦系数越来越小。当复合材料受摩擦的摩擦转速逐渐增大时摩擦系数会先增大后降低。根据这些,可以总结到:在高载荷、低转速下,制得的该复合材料能有优秀的减摩擦性能。当填料的含量逐渐增加时,复合材料的磨损率逐渐降低。填料含量为3wt.%,200N,200r作用下时,复合材料体积磨损率仅为0.0008cm3/h,是纯PTFE的1/700,达到最佳填充效果。
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