氟橡膠/碳納米管復合材料的拉伸應力-應變行為

2013-11-07 李超芹 青島科技大學高性能聚合物研究院

  以氟橡膠/炭黑復合材料作對比研究了氟橡膠/碳納米管復合材料的拉伸應力-應變、拉伸應力弛豫和拉伸應力軟化行為。結果表明,碳納米管對氟橡膠有良好的增強效果,相同用量碳納米管的增強效果要高于炭黑,低應變時碳納米管的增強效果更明顯;與氟橡膠/炭黑復合材料相比,氟橡膠/碳納米管復合材料的應力弛豫現象更為明顯,應力弛豫速率更快;隨著碳納米管和炭黑用量的增加,復合材料的應力軟化效應增大,氟橡膠/碳納米管復合材料的應力軟化效應明顯高于氟橡膠/炭黑復合材料。

  碳納米管作為典型的一維納米材料,所具有的一系列優良特性使其在理論上屬于復合材料理想的功能和增強材料。藉此碳納米管/聚合物納米復合材料的研究己成為碳納米管研究中的一個熱點,其中對橡膠/碳納米管復合材料的研究日趨活躍,研究主要集中在碳納米管表面處理以及橡膠/碳納米管復合材料的制備等方面,以期改善碳納米管在橡膠中的分散狀態、增強界面相互作用和提高碳納米管對復合材料的力學性能、電性能及熱性能的積極作用碳納米管徑向上為納米級尺寸,表面能高,導致其在聚合物中容易團聚,分散性較差,從而降低了碳納米管的有效長徑比,而且更容易造成碳納米管之間的滑移,使其增強效果變差。Salvetat等研究了碳納米管/聚合物納米復合材料的分散性問題,認為碳納米管之間的團聚和滑移不能使碳納米管起到有效的增強作用。另一個影響碳納米管/聚合物納米復合材料力學性能的重要因素是聚合物與碳納米管之間的界面作用力。若界面相互作用強,載荷就可以有效地轉移給碳納米管,使復合材料的力學性能得以提高,相反,若界面相互作用弱,碳納米管就可能在剪切力的作用下被從聚合物中拔出,載荷不能有效轉移,復合材料的力學性能就降低。Ajayan等研究了碳納米管/環氧樹脂納米復合材料在拉伸和壓縮載荷作用下的形變行為以及管束中單壁碳納米管的滑移行為。而Cooper等則通過拉曼光譜研究了碳納米管/環氧樹脂納米復合材料中應力的轉移情況,結果表明2619cm-1處儲能模量的拉曼峰向低波

  長方向移動,說明應力產生了有效的轉移。鑒于復合材料中碳納米管的滑移或者有效的應力傳遞都將對材料的拉伸應力-應變行為產生影響,本工作即以氟橡膠為基礎材料,通過機械共混的方法制備氟橡膠/碳納米管復合材料,并與氟橡膠/炭黑復合材料進行對比,來研究碳納米管對于復合材料拉伸應力-應變行為的影響。

  結論

  a)隨著填料量的增加,氟橡膠/碳納米管與氟橡膠/炭黑復合材料的50%和100%定伸應力以及拉伸強度均呈增大趨勢。同等填料用量下,碳納米管的增強效果明顯高于炭黑。

  b)隨著填料用量的增加,碳納米管和炭黑復合材料的弛豫系數降低,應力弛豫現象明顯。同等填料用量下,氟橡膠/碳納米管復合材料的應力弛豫現象更為明顯。

  c)同等填料用量下,氟橡膠/碳納米管復合材料的Ri要低于氟橡膠/炭黑復合材料,氟橡膠/碳納米管復合材料具有更明顯的應力軟化效應。