賈潤萍, 代 麗, 滕 娜, 何新耀, 黃茂松

高強韌氟化碳鈉米管/熱塑性聚氨酯復(fù)合彈性體的合成與表征

賈潤萍1, 代 麗1, 滕 娜2, 何新耀1, 黃茂松1

(1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,上海201418; 2.中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所,山西太原030001)

借助等離子體引發(fā)丙烯酸-3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羥丙酯在碳納米管表面的誘導(dǎo)接枝聚合,得到新型氟化碳納米管(f-CNTs),進而制備出f-CNT/熱塑性聚氨酯(f-CNT/TPU)復(fù)合彈性體。結(jié)果表明,氟化雖不改變CNTs的表面結(jié)構(gòu),但卻在其組成中引入了含量10.40%的氟元素。經(jīng)含氟高聚物接枝碳納米管的平均直徑約為30 nm,均勻分散于TPU基體中。隨著f-CNTs含量的增加,所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的拉伸強度和斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增后減趨勢。當f-CNTs加入量為0.3 %時,該復(fù)合彈性體的拉伸強度和斷裂伸長率分別高達36.5 MPa和630%,較純TPU彈性體分別提高40.4%和26.5%,

碳納米管;聚氨酯;彈性體;復(fù)合材料;高強韌

1 前言

碳納米管(CNTs)具有比表面積和長徑比大、力學(xué)強度和耐熱性能高等綜合優(yōu)異性能[1],被公認為最理想的聚合物改性劑[2]。為了提高其在聚合物基體中的分散性和相容性,人們通過強酸氧化、表面接枝、氟化等功能化技術(shù)[3-5]改變其表面組成和結(jié)構(gòu),有效改善了其對聚合物的改性效果。Gardea等[6]借助氧(或氟)化碳納米管改性環(huán)氧樹脂,因分散效果好而提高了環(huán)氧樹脂的熱學(xué)和電學(xué)等性能。因而碳納米管改性聚合物的研究日益受到人們的廣泛關(guān)注。

熱塑性聚氨酯(TPU)彈性體因其獨特微相分離結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)異的力學(xué)、熱學(xué)等綜合性能,現(xiàn)已被廣泛用于薄膜、紡織品、膠黏劑、涂料、醫(yī)用生物材料等領(lǐng)域[7,8]。利用CNTs對其進行改性,可顯著改善其表面、力學(xué)等綜合性能。Khan等[9]通過采用不同聚合物表面接枝的CNTs改性TPU基體,顯著提高了TPU的力學(xué)性能。

筆者以丙烯酸-3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羥丙酯為接枝單體,借助含氟等離子體誘導(dǎo)接枝聚合技術(shù)[10,11]得到新型氟化CNTs(f-CNTs)。進而采用原位本體聚合一步法,合成出f-CNT/TPU復(fù)合彈性體。系統(tǒng)考察了f-CNTs含量對所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的結(jié)構(gòu)、力學(xué)、表面等綜合性能之影響。

2 實驗

2.1原料

CNTs(純度＞95%,直徑:10～20 nm,長度: 50 nm～1μm)購自深圳納米港。丙烯酸-3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羥丙酯單體由邁瑞爾化學(xué)提供。聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA,M-w=1000 g/mol)由上海恒安聚氨酯有限公司提供。二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)由上海巴斯夫公司生產(chǎn)。1,4-丁二醇、丙酮等購自上海國藥。

2.2實驗方法

2.2.1 含氟等離子體誘導(dǎo)接枝聚合制備f-CNTs

采用圖1所示的含氟等離子體誘導(dǎo)接枝聚合法制備f-CNTs,具體過程如下:按照一定質(zhì)量比將丙烯酸-3-(全氟-3-甲基丁基)-2-羥丙酯和CNTs置于等離子體沉積爐中。首先采用功率35 W的氬等離子體處理30 min,再通入5 min高純氧氣。隨后將真空腔室升溫至130℃,于功率60 W下處理20 min,結(jié)束后取出。最后用丙酮真空洗滌直至純凈,所得即為f-CNTs。

2.2.2 f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的原位本體聚合一步法合成

利用原位本體聚合一步法工藝[12],制備出f-CNT/TPU復(fù)合彈性體。首先按照質(zhì)量比將f-CNTs和PBA聚酯多元醇混合均勻,再根據(jù)0.99異氰酸酯指數(shù)和40%硬段含量,依次向其中加入計量的MDI和1,4-丁二醇。迅速攪拌均勻后,將其快速澆注于130℃預(yù)熱的聚四氟乙烯模具中。室溫下放置2 h,再以1℃/min速率梯度升溫至130℃,保持12 h后取出,得到f-CNT/TPU復(fù)合彈性體。

圖1 f-CNTs的等離子體誘導(dǎo)接枝過程示意圖Fig.1 The plasma induced grafting CNTs.

2.3測試與表征

采用X射線光電子能譜儀(XPS,5400型, Perkine Elmer公司,美國,Al Kα,300 W,15 kV)表征f-CNTs的元素結(jié)構(gòu);采用傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR,380型,Nicolet公司,美國)表征f-CNTs及其改性TPU的化學(xué)結(jié)構(gòu);采用全自動X-射線衍射儀(XRD,D/max2 200PC型,Rigaku公司,日本, Cu Kα,λ=0.154 18 nm)分析其結(jié)晶性能;采用掃描電子顯微鏡(SEM,Quanta 200FEG型,FEI公司,荷蘭)表征材料表面構(gòu)型;依據(jù)GB/T528-2009方法,借助萬能材料實驗機(100型,Zwick公司,德國)測定其力學(xué)性能;使用接觸角測試儀(SL200KB,Kino公司,美國),采用懸滴法測試復(fù)合彈性體對水和甘油的接觸角。

3 結(jié)果與討論

含氟高聚物在CNTs表面接枝聚合后,對CNTs的貌構(gòu)和表面組成影響見圖2。由圖2(a)可知, f-CNTs的平均直徑約30 nm,其表面十分粗糙,這是含氟高聚物在CNTs表面誘導(dǎo)接枝所致。由圖2(b)可以看出,f-CNTs在衍射角2θ為26°和43°兩處均出現(xiàn)特征峰,分別對應(yīng)于石墨片層(002)和(100)晶面的特征峰[13],表明聚丙烯酸3-(全氟-3-甲基丁基)2-羥丙酯在CNTs表面的誘導(dǎo)接枝聚合并不改變CNTs的原始結(jié)構(gòu)。

圖2(c)進一步考察了f-CNTs的紅外光譜,具體歸屬如下:1 580 cm-1處的特征峰源自碳納米管的碳骨架振動,1 050 cm-1和3 457 cm-1兩處特征峰均由—OH基所產(chǎn)生[14]。而1 720、1 224和1 100 cm-1三處的紅外吸收峰則分別來源于—＝C O鍵、—C—F鍵和—C—O—C—基[15,16],表明聚丙烯酸3-(全氟-3-甲基丁基)2-羥丙酯被成功接枝于CNTs表面。由圖2(d)的XPS圖譜可知,f-CNTs的3大主峰分別對應(yīng)于C、O和F元素,經(jīng)計算其表面含量分別為81.74%、7.87%和10.40%,與紅外分析結(jié)果相吻合。值得指出的是,f-CNTs表面的氧含量較高,這主要是由于等離子處理過程中,氧氣侵蝕,f-CNTs表面形成含氧官能團所致。

圖2 f-CNTs表征圖譜:(a)SEM照片,(b)XRD譜圖,(c)紅外光譜和(d)XPS譜圖Fig.2 (a)SEM image,(b)XRD pattern,(c)FT-IR spectrum and(d)XPS spectrum of the grafted CNTs.

圖3 為f-CNTs質(zhì)量分數(shù)對所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體紅外光譜的影響。由圖3(a)可確認純TPU彈性體的特征吸收峰:在1 107 cm-1、1 718 cm-1、2 958 cm-1和3 378 cm-1吸收峰,分別對應(yīng)于TPU彈性體中的—C—O—C—基、—＝C O基、—CH2—基和—NH—基的伸縮振動[16-18]。與純TPU彈性體相比,雖然所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的特征吸收峰位置無明顯改變,卻在波數(shù)1 225 cm-1處產(chǎn)生了一個新的紅外吸收峰(圖3(b)～3 (g)),與圖2(c)中—C—F鍵的伸縮振動峰位相吻合,證實f-CNTs確實被引入復(fù)合彈性體中。隨著f-CNTs含量的增加,—C—F鍵的紅外吸收峰值明顯增大,而—NH—基的特征峰值呈減弱趨勢,這可能是由于f-CNTs與TPU之間的氫鍵作用所造成的。

圖3 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的紅外光譜: (a)0,(b)0.1%,(c)0.2%,(d)0.3%, (e)0.4%,(f)0.5%及(g)0.8%Fig.3 FT-IR spectra of as-obtained CNT/TPU composites with varied CNT contents:(a)0,(b)0.1%, (c)0.2%,(d)0.3%,(e)0.4%,(f)0.5%and(g)0.8%.

圖4進一步考察了不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的XRD圖譜。從圖4可以看出,純TPU彈性體在18°～24°范圍內(nèi)具有強且寬的單一衍射峰,對應(yīng)于TPU結(jié)構(gòu)中(110)晶面[19]。盡管f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的衍射峰位較純TPU無明顯變化,但卻在衍射角2θ為26.0°處產(chǎn)生了新的衍射峰,與圖2(b)中f-CNTs的衍射峰位置一致,說明該峰是由于f-CNTs引入而產(chǎn)生的。并且隨著f-CNTs含量增加,(110)晶面的衍射峰強度略有降低,這可能是由于f-CNTs的引入影響了TPU中短程有序的微相分離結(jié)構(gòu)[17],進而改變了其軟硬段形成的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖4 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的XRD譜圖: (a)0,(b)0.1%,(c)0.2%,(d)0.3%,(e)0.4%,(f)0.5%和(g)0.8%Fig.4 XRD patterns of CNT/TPU composites with varied CNT contents:(a)0,(b)0.1%, (c)0.2%,(d)0.3%,(e)0.4%,(f)0.5%and(g)0.8%.

圖5 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的SEM照片:Fig.5 SEM images of CNT/TPU composites with varied CNT contents: (a)0,(b)0.1%,(c)0.3%and(d)0.5%.

為了進一步明晰f-CNTs在TPU基體中的分散情況,還觀察了f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的SEM照片(圖5)。從圖5(a)可以看出,純TPU彈性體斷口平滑、裂紋呈直線型。在其中引入f-CNTs后,其斷裂面變得十分粗糙,還可觀察到裸露的碳納米管(圖5(b)～5(d))。由于f-CNTs表面接枝有疏水性的含-OH基含氟高聚物,其引入不僅破壞CNTs表面的π-π鍵網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[20],還因-OH基與異氰酸酯中-NCO基發(fā)生化學(xué)反應(yīng),有效抑制f-CNTs在TPU基體中的團聚。因而表現(xiàn)為f-CNTs質(zhì)量分數(shù)小于0.3%時,復(fù)合彈性體中f-CNTs能夠均勻分散。但由于f-CNTs粒徑小,引入量超過0.5%時,仍會產(chǎn)生團聚現(xiàn)象。在適宜f-CNTs含量下,通過f-CNTs與TPU基體間形成牢固的界面連接,使得作用于樹脂基體上的負載通過界面轉(zhuǎn)移到f-CNTs上。在承擔負載同時還能夠消耗斷裂能量,達到利用CNTs優(yōu)異性能提高復(fù)合彈性體力學(xué)性能之目的。

采用萬能材料試驗機,測試了不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的拉伸性能(圖6)。隨著f-CNTs含量的增加,f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的拉伸強度和斷裂伸長率均呈現(xiàn)先增后減趨勢,在f-CNTs含量為0.3%時復(fù)合彈性體的拉伸強度和斷裂伸長率分別高達36.5 MPa和630%,相對于純TPU彈性體分別提高40.4%和26.5%。由圖7可知,TPU及其復(fù)合彈性體在低應(yīng)力區(qū)顯示為線性彈性行為,高應(yīng)力區(qū)為塑性行為。復(fù)合彈性體達到相同應(yīng)變所需應(yīng)力,較純TPU彈性體顯著增加,強度明顯提高,特別是0.3%f-CNT/TPU復(fù)合彈性體斷裂時所需應(yīng)力更高,應(yīng)變最大,顯示出良好的增強增韌效果。

圖6 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的(a)拉伸強度和(b)斷裂伸長率Fig.6 (a)Tensile strength and(b)elongation at break of CNT/TPU composits with varied CNT contents.

由圖6和圖7可以看出,f-CNTs對所得TPU復(fù)合彈性體起到增強增韌作用,這是因為:CNTs固有的微觀結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性,尤其是軸向穩(wěn)定性,使其復(fù)合彈性體具有良好抗變形能力;f-CNTs在f-CNT/TPU復(fù)合彈性體中具有良好分散性,前面SEM分析已表明;f-CNTs的引入能有效破壞由于氫鍵作用而導(dǎo)致f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的硬段聚集,前面XRD分析已證實;在適宜含量下,f-CNTs表面的-OH基能夠與TPU產(chǎn)生化學(xué)鍵合等界面作用力,從而對材料的增強增韌起到重要作用。利用f-CNTs分擔部分承載力,有利于更有效的應(yīng)力傳遞和能量消耗,因而其增強增韌效果顯著。但若引入過量f-CNTs,部分f-CNTs又會在TPU基體中形成聚集體,失去應(yīng)有的表面與界面效應(yīng),使得f-CNTs與基體間脫落后形成空洞,又成為新的應(yīng)力集中點,最終導(dǎo)致材料破壞。

圖7 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.7 Strain-stress curves of as-obtained CNT/TPU composites with varied CNT contents.

眾所周知,表面性能對聚合物的潤濕性有重要影響[21]。圖8為0～0.8%f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體對水和甘油的接觸角測試結(jié)果。由圖8可以看出,隨著f-CNTs含量的增加, f-CNT/TPU復(fù)合彈性體對水的接觸角由77.6°提高至107°,對甘油的接觸角由73.1°提高至103.6°,表現(xiàn)出優(yōu)異的拒水拒油性。圖9進一步給出了不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體對水或甘油的靜態(tài)液滴照片。根據(jù)geometric-mean公式,計算了不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的表面自由能[22,23]:

式中,θ為接觸角,γSV為表面自由能。經(jīng)計算,當f-CNTs含量為0.8%時,f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的表面能由27.3 mN/m急劇降至9.9 mN/m,這應(yīng)歸因于4個方面的內(nèi)在因素:其一,CNTs本身具有低表面能特性,即具有疏水性,可用來制備低表面能材料。其二,含氟化合物亦是已知表面能最低的材料[16]。其三,經(jīng)含氟高聚物修飾碳納米管的表面粗糙度顯著增加,亦會導(dǎo)致材料疏水性的增加[24]。其四,在表面張力驅(qū)動下,碳納米管和含氟高聚物均易向TPU表面遷移富集,從而在材料表面形成有效保護層,提高材料的疏水性,降低體系的表面自由能。

圖8 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的表面性能測試結(jié)果:對(a)水和(b)甘油的接觸角及(c)其表面能Fig.8 Surface properties of CNT/TPU composite elastomers with varied CNT contents:contact angle of (a)water,(b)glycerin and(c)surface free energy.

圖9 不同f-CNTs含量下所得f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的靜態(tài)液滴照片: (a)水/0,(b)甘油/0,(c)水/0.8%,(d)甘油/0.8%Fig.9 Static droplet images of CNT/TPU composits with varied CNT contents: (a)water/0,(b)glycerin/0,(c)water/0.8%and(d)glycerin/0.8%.

4 結(jié)論

通過等離子體誘導(dǎo)含氟單體在CNTs表面接枝聚合反應(yīng),得到表面為含氟高聚物膜修飾的f-CNTs。進而借助TPU原位本體聚合一步法,制備出一系列f-CNT/TPU復(fù)合彈性體。XPS結(jié)果表明,f-CNTs的表面組成中含有10.40%的F元素。SEM觀察結(jié)果顯示,該f-CNTs的平均直徑約30 nm,被均勻分散于TPU基體中。復(fù)合彈性體的力學(xué)和表面分析結(jié)果均表明,適宜含量f-CNTs的引入,可顯著提高TPU彈性體的力學(xué)強度、韌性和表面性能等,使其兼有高強韌化和低表面能特性。所建立的CNTs修飾方法為CNTs應(yīng)用及其高分子復(fù)合材料開發(fā)開辟了新的技術(shù)途徑。

[1] Coleman J N,Khan U,Gunko Y K.Mechanical reinforcement of polymers using carbon nanotubes[J].Advanced Materials, 2006,18(6):689-706.

[2] Cadek M,Colemen J N,Ryan K P,etal.Reinforcementof polymers with carbon nanotubes:the role of nanotube surface area [J].Nano Letters,2004,4(2):353-356.

[3] Xiong J W,Zheng Z,Qin X M,etal.The thermal and mechanical properties of a polyurethane/multi-walled carbon nanotube composite[J].Carbon,2006,44(13):2701-2707.

[4] 李 瑀,陳彥芳,馮奕鈺,等.氟化碳納米管的制備方法及相關(guān)性質(zhì)研究進展[J].中國科學(xué):技術(shù)科學(xué),2010,40(7): 727-736.

(LI Yu,CHEN Yan-fang,FENG Yi-yu,et al.Preparation method and research progress of related properties of fluorinated carbon nanotubes[J].Science China Technological Sciences, 2010,40(7):727-736.)

[5] 戴怡樂,戴劍鋒,孫毅彬,等.靜電紡絲法實現(xiàn)CNTs在超長復(fù)合納米絲中的定向排列[J].新型炭材料,2013,28(2): 101-107.

(DAI Yi-le,DAI Jian-feng,SUN Yi-bin,et al.Alignment of carbon nanotubes in ultra-long carbon nanotube polymethylmethacrylate composite nanofibers by electrospinning[J].New Carbon Materials,2013,28(2):101-107.)

[6] Gardea F,Lagoudas C D.Characterization of electrical and thermal properties of carbon nanotube/epoxy composites[J].Composites Part B:Engineering,2014,56:611-620.

[7] Saha S,Saha U,Singh J P,et al.Thermal and mechanical properties of homogeneous ternary nanocomposites of regioregular poly (3-hexylthiophene)-wrapped multiwalled carbon nanotube dispersed in thermoplastic polyurethane:dynamic-and thermo mechanical analysis[J].Journalof Applied Polymer Science,2013,128(3): 2109-2120.

[8] Tataia L,Moore T G,Adhikari R,et al.Thermoplastic biodegradable polyurethanes:The effect of chain extender structure on properties and in-vitro degradation[J].Biomaterials,2007,28 (36):5407-5417.

[9] Khan U,Blighe F M,Coleman J N,et al.Selective mechanical reinforcement of thermoplastic polyurethane by targeted insertion of functionalized SWCNTs[J].The Journal of Physical Chemistry C,2011,114(26):11401-11408.

[10] Zhang J,Yang J H,Jia R P,et al.Functionalization of carbon nanotubes by plasma and the formation of their composites with polyaniline[J].Carbon,2011,49(1):354.

[11] 賈潤萍,陶 麗,滕 娜.等離子體誘導(dǎo)接枝聚合修飾碳納米管及其環(huán)氧樹脂復(fù)合材料[J].新型炭材料,2010,25 (6):470-474.

(JIA Run-ping,TAO Li,TENG Na.Functionalization of CNTs using plasma-induced graft polymerization and properties of their composites with epoxy resin[J].New Carbon Materials,2010,25(6):470-474.)

[12] Liu P F,Ye L,Liu Y G,et al.Preparation and properties of the main-chain-fluorinated thermoplastic polyurethane elastomer [J].Polymer Bulletin,2011,66(4):503-515.

[13] Talaeemashhadi S,Sansotera M,Gambarotti C,et al.Functionalization of multi-walled carbon nanotubes with perfluoropolyether peroxide to produce superhydrophobic properties[J].Carbon,2013,59:150-159.

[14] Liu M K,Zhang C,Tjiu W W,et al.One-step hybridization of grapheme nanoribbons with carbon nanotubes and its strongyet-ductile thermoplastic polyurethane composites[J].Polymer,2013,54(12):3124-3130.

[15] Young S L,Tae H C,Byoung K L,etal.Surface properties of fluorinated single-walled carbon nanotubes[J].Journal of Fluorine Chemistry,2003,120(2):99-104.

[16] Shin M S,Lee Y H,Rahman M M,et al.Synthesis and properties of waterborne fluorinated polyurethane-acrylate using a solvent-/emulsifier-free method[J].Polymer,2013,54(18): 4873-4882.

[17] Im H,Roh S C,Kim C K.Characteristics of thermoplastic polyurethane composites containing surface treated multiwalled carbon nanotubes for the underwater applications[J].Macromolecular Research,2013,21(6):614-623.

[18] Irani F,Jannesari A,Bastani S.Surface properties of pristine and fluorinated multiwalled carbon nanotube/poly(dimethylsiloxane)composites[J].Industrial&Engineering Chemistry Research,2013,52(16):5648-5654.

[19] Menes O,Cano M,Benedito A,et al.The effect of ultra-thin graphite on the morphology and physical properties of thermoplastic polyurethane elastomer composites[J].Composites Science and Technology,2012,72(13):1595-1601.

[20] Lyudmyla V K,Raymond L D W,Alina K,et al.Microstructure changes of polyurethane by inclusion of chemically modified carbon nanotubes at low filler contents[J].Composites Science and Technology,2012,72(8):865-872.

[21] Kwok S C H,Wang J,Chu P K.Surface energy,wettability, and blood compatibility phosphorus doped diamond-like carbon films[J].Diamond and Related Materials,2005,14(1):78-85.

[22] Alves P,Ferreira P,Kaiser J P,et al.Surface grafting of carboxylic group onto thermoplastic polyurethanes to reduce cell adhesion[J].Applied Surface Science,2013,283:744-750.

[23] Liu T,Ye L.Synthesis and properties of fluorinated thermoplastic polyurethane elastomer[J].Journal of Fluorine Chemistry,2010,131(1):36-41.

[24] Tijing L D,Park C H,Kang S J,et al.Improved mechanical properties of solution-cast silicone film reinforced with electrospun polyurethane nanofiber containing carbon nanotubes[J]. Applied Surface Science,2013,264:453-458.

Synthesis and characterization of CNT/thermoplastic polyurethane composites with a high-toughness

JIA Run-ping1, DAI Li1, TENG Na2, HE Xin-yao1, HUANG Mao-song1
(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShanghaiInstituteofTechnology,Shanghai201418,China;2.InstituteofCoalChemistry,ChineseAcademyofSciences,Taiyuan030001,China)

Carbon nanotubes(CNTs)were grafted with acrylic acid-3-(perfluoro-3-methykbutyl)-2-hydroxypropylate by an oxygen plasma-assisted method to increase their dispersion in thermoplastic polyurethane(TPU).The TPU monomers and the grafted CNTs were mixed and polymerized to prepare the CNT/TPU composites.Results show that the grafting procedure has little effecton the structure of the CNTs.The grafted CNTs have a fluorine content of 10.40%and a diameter of about30 nm,and are uniformly dispersed in the TPU matrix.The tensile strength and elongation atfracture of the composites have maxima of 36.5 MPa and 630%, respectively,at a CNT content of 0.3%,and these are respectively 40.4%and 26.5%higher than those of pure TPU.Moreover, the surface free energy of the composites decreases from 27.3 to 9.9 mN/m with increasing CNT content from 0 to 0.8%.

Carbon nanotubes;Polyurethane;Elastomer;Composite;High-toughness

TB332

A

2015-03-10;

:2015-08-05

國家自然科學(xué)青年基金(21106083);上海市重點學(xué)科項目(J51504);校復(fù)合材料重點學(xué)科建設(shè)項目(10210Q140001);上海教師專業(yè)發(fā)展工程項目(201456);上海市聯(lián)盟計劃(LM201449,LM201450).

賈潤萍,博士,教授.E-mail:jiarp@sit.edu.cn

1007-8827(2015)04-0378-07

Foundation item:Natural Science Youth Foundation(21106083);Shanghai Leading Academic Discipline Project(J51504);Composite Materials from Shanghai Institute of Technology(10210Q140001);Shanghai Teacher Professional development Project(201456);Shanghai Affiliate Programs(LM201449,LM201450).Author introduction:JIA Run-ping,Ph.D.,Professor.E-mail:jiarp@sit.edu.cn

并初步探討了可能的增強增韌機理。而隨著f-CNTs含量的增加,f-CNT/TPU復(fù)合彈性體的表面自由能由27.3 mN/m降低至9.9 mN/m,表現(xiàn)出優(yōu)異的表面性能。