多壁碳纳米管/硅橡胶复合材料的结构与动态力学性能研究

Using the interaction between carbon nanotubes and the polymer molecular and the energy loss from the carbon nanotubes slipping in polymer matrix, we can find a new method to prepare carbon nanotubes/polymer damping composites. Comparing to the study on dynamic mechanical properties of carbon nanotubes composites based on thermoplastic and thermosetting resins in literatures, the composites based on rubber have more important value. In this research, multi-wall carbon nanotubes/silicone rubber (MWNT/VMQ) composites will be prepared, and the mechanism of the effect of MWNT on the dynamic mechanical properties of the composites will be studied thoroughly. Through the research of the bounded rubber and Payne Effect, we can find the formation of the network structure and the degree of the network in the composites. Through the research of the dynamic mechanical properties of the MNWT/VMQ composites, the contribution of the slipping between the MWNT and VMQ to the energy loss will be decided. Based on all the research work, the mechanism of the effect of MWNT on the dynamic mechanical properties will be clarified, and this will establish the basis for preparation of MWNT/VMQ danmping composites.

利用碳纳米管与聚合物分子间的相互作用和碳纳米管在聚合物基体中滑移产生能量损耗，为制备碳纳米管/聚合物阻尼复合材料提供了一种新思路，相对于文献以热塑性和热固性树脂为聚合物基体研究碳纳米管复合材料的动态粘弹性，以橡胶为聚合物基体的碳纳米管复合材料的阻尼性能研究具有更重要的应用价值。本项目以硅橡胶（VMQ）为聚合物基体，研究多壁碳纳米管（MWNT）对MWNT/VMQ复合材料动态力学性能的影响机理。通过研究复合材料中MWNT结合橡胶、Payne效应，确定复合材料中网络结构的形成与网络化程度，进一步研究网络结构的打破与重建对材料动态力学性能的影响；通过研究MWNT/VMQ复合材料的动态力学性能，确定碳纳米管与VMQ分子链间的滑移对复合材料动态损耗的贡献；最终阐明MWNT对MWNT/VMQ复合材料动态力学性能的影响机理，为制备碳纳米管/硅橡胶复合阻尼材料奠定理论基础。

利用碳纳米管与聚合物分子间的相互作用和碳纳米管在聚合物基体中滑移产生能量损耗，为制备碳纳米管/聚合物阻尼复合材料提供了一种新思路，相对于文献以热塑性和热固性树脂为聚合物基体研究碳纳米管复合材料的动态粘弹性，以橡胶为聚合物基体的碳纳米管复合材料的阻尼性能研究具有更重要的应用价值。本项目以硅橡胶（VMQ）为聚合物基体，研究多壁碳纳米管（MWNT）对MWNT/VMQ复合材料动态力学性能的影响机理。通过研究复合材料中MWNT结合橡胶、Payne效应，确定复合材料中网络结构的形成与网络化程度，进一步研究网络结构的打破与重建对材料动态力学性能的影响；通过研究MWNT/VMQ复合材料的动态力学性能，确定碳纳米管与VMQ分子链间的滑移对复合材料动态损耗的贡献。研究结果表明，5-30份MWNT能够均匀的分散在硅橡胶基体中，并未发生明显的团聚，MWNT与硅橡胶有特殊的亲和力，能够均匀的分散在硅橡胶基体。随着MWNT填充量的增加，复合材料的储能模量、损耗模量、损耗因子和模量都呈现明显的上升趋势，尤其是在MWNT用量在20份以上时，MWNT对复合材料的阻尼性能产生重要贡献。在形变量达到一定程度时，出现明显下降，即呈现显著的Payne效应。硅橡胶/MWNT复合材料的应力松弛较弱，表明MWNT与硅橡胶基体具有较好的亲和力。通过对复合材料动态力学性能的研究发现，羧基化MWNT填充量较少时，复合材料的G’随应变振幅的增大而变化不大，但随着MWNT填充量增大，出现了明显的Payne效应，出现该效应时MWNT的体积分数约为5%，证明了复合材料中形成了MWNT的网络结构，网络结构的打破与重建导致了G’的非线性下降。