1。介绍gydF4y2Ba
在过去的几十年,聚合物纳米复合材料已引起关注,作为一个阶级的先进复合材料广泛的机械,电气,流变特性使其在多功能应用程序有用。改善功能聚合物纳米复合材料的性质是由于纳米填料的内在属性和可取的matrix-filler和filler-filler交互模式在生产阶段。gydF4y2Ba
因为他们最近发现,碳纳米管(碳纳米管)发现许多有用的应用由于其独特的内在属性,包括高纵横比等结构特点和灵活性,异常高的刚度和强度,少见structure-dependent电气和热导率的特点。利用碳纳米管作为强化CNT-based聚合物复合材料出现了在过去的几年中由于他们的能力同时提高机械、电气和热性能的聚合物矩阵。如先前所述的作品(gydF4y2Ba
1gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba ),碳纳米管分散在许多热塑性聚合物矩阵能够形成连接网络在低填充浓度是有益的的处理和成本角度同时获得修改物理性质的好处。gydF4y2Ba
的一个最多才多艺的聚合物矩阵CNT-filled聚合物纳米复合材料是聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。宠物是一个展览优秀的工程热塑性聚合物力学性能(gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba ]。宠物提供多种不同的形式,包括纤维、电影,表面变粗糙,用于制造整洁为全球经济或复合产品包括纺织、包装、电器和电子产品、汽车和建筑市场。宠物纳米复合材料已经被广泛的开发生产路线。因此,宠物已经被用来作为衬底创建单或多层纳米结构使用各种涂料/沉积/层传输技术(例如,R2R技术证明了Abbel et al。gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba ])。伴随的成纤性能的宠物已经利用形式(例如,电纺纳米纤维gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba ])。除了它之外,宠物也被用作一个矩阵方法获得的大部分的纳米复合材料制造技术(如原位聚合,溶剂型、固态,和热塑性加工技术gydF4y2Ba
2gydF4y2Ba ])。在后一种情况下,熔体处理的PET和PET /问色母粒提供优势的使用一个简单的和具有商业吸引力的制造方法,允许实现合理问分散在宠物CNT矩阵在低浓度。gydF4y2Ba
融化处理宠物的属性与碳质纳米复合材料nanofillers发现极大地依赖于各种结构因素如nanofiller类型据鑫et al。gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba ),功能化,表现出Yesil以及Bayram [gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba ),特别是聚合物基质中的分散程度如图所示讽刺笑星阿里•g的et al。gydF4y2Ba
8gydF4y2Ba 和Du et al。gydF4y2Ba
9gydF4y2Ba ]。因此,Rodriguez-Uicab et al。gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba )调查的影响裁剪PET / CNT纳米复合材料的熔体处理方法制造相结合直接挤压与premelt复合或ultrasound-assisted溶剂型的任何方法。得出混合融化之前复合挤压的问更好分散的碳管在宠物矩阵,而由溶剂导致矩阵处理方法辅助塑化(gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba ]。虽然通常处女的宠物已经被认为是一个矩阵与碳质填料大部分纳米复合材料,在某些情况下,回收的宠物也使用。因此,Chowreddy et al。gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba ]使用色母粒的方法获取回收聚酯纳米复合材料,并改善加工性和性能。由于碳质nanofillers改善分散在宠物矩阵,增加机械,障碍,电气和其他开发属性可以实现在较低nanofiller内容相比,传统的利用从而降低成本。通过考虑商业的主要目的是减少有效问内容,含碳的浓度在melt-processed nanofillers宠物基复合材料通常是不高于10 wt。%。目前发表的调查,问除了结构的影响以及电气、机械、热性能融化复合聚酯纳米复合材料的主要发现。例如,Rodriguez-Uicab et al。gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba )表明,一个问填料作为成核剂在宠物矩阵;然而,作者没有观察到任何相当大的玻璃化转变温度的变化,这可能表示问聚合物大分子的补强效果。尽管如此,Chowreddy et al。gydF4y2Ba
11gydF4y2Ba )观察到了一些增加宠物纳米复合材料的玻璃化转变温度问;增量很小。无视这个小小的影响,许多作者,包括(gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
10gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
12gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba ),发现改善机械性能,主要是弹性模量和强度,以及增加问宠物矩阵中的内容。问除了已经观察到的积极影响也对PET / CNT纳米复合材料的热稳定性增加,作为一个例子演示了通过Alshammari和威尔金森,(gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba ]。相当大的改进也已经观察到在导电性增加问宠物矩阵中的内容。因此,一些作者组织规定的电渗流阈值低至0.05 - -0.33 wt。% (gydF4y2Ba
13gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
14gydF4y2Ba ]。尽管这些积极作用,除了问填料宠物矩阵通常导致降低灵活性和有限的纳米复合材料的加工性能。对有限的加工性能、流变渗流阈值可以表示。许多作者的经验显示,流变渗流阈值可能会低于电渗流阈值由于密度较低问网络需要足够阻碍链流动相关流变渗流阈值(gydF4y2Ba
15gydF4y2Ba ]。通过考虑这些结果,melt-manufactured宠物纳米复合材料潜在的应用挤压,射出成型,或compression-molded产品在智能应用程序同时要求较高的机械阻力,热稳定性和导电性。在这方面,复合材料的热电性能变得越来越有吸引力,尤其是对能源需求的增加,一方面,对能源供应和减少可用性减少的化石资源,另一方面。有几乎没有调查就问melt-manufactured宠物热电特性的纳米复合材料。在我们最近的手稿gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba ),我们已经证明,添加碳纳米管通过熔融挤出允许宠物矩阵获得材料热电效应。因此,在本研究中,制造业的想法基于PET / CNT纳米复合材料的热电材料延长更关注流变性质表征纳米复合材料的结合评估结构、机械和电气性能。gydF4y2Ba
特别是,在这项研究中,注意到描述同时碳纳米管对形态的影响,量热、机械、介电和流变特性的纳米复合材料。传统熔体处理通过使用双螺杆挤出机是应用于商业PET /问色母粒稀释与宠物矩阵。以下测量技术被用来揭示的影响问nanofiller宠物矩阵纳米复合材料的性能:动态机械热分析进行研究的力学行为在温度变化很大的环境中,流变仪测量应用研究流变特性在一个广泛的角频率范围,宽带介电谱学分析揭示了介电行为在一个广泛的频率范围,使用扫描电镜揭示形态特征、和差示扫描量热法分析是用来确定结晶行为。gydF4y2Ba
3所示。结果与讨论gydF4y2Ba
3.1。形态特征gydF4y2Ba
扫描电镜图像的原始PET /问色母粒(图gydF4y2Ba
1(一)gydF4y2Ba 与15 wt)。%问内容揭示了宠物问分布不均匀的结构矩阵虽然原位聚合方法被用于这个色母粒制造。然而,宠物的形态包含5 wt / CNT纳米复合材料。%的nanofiller(图gydF4y2Ba
1 (b)gydF4y2Ba )表明,碳纳米管可以均匀分散在聚合物基质和分布式的没有任何迹象明显的集聚通过双螺杆挤出机使用熔化处理,在处理过程中剪切力的影响下,碳纳米管有效地分布在整个聚合物基质体积。更大的放大(图gydF4y2Ba
1 (c)gydF4y2Ba CNT)显示均匀分散在聚合物基质与独特的问包合理聚合物矩阵和nanofiller之间的附着力。这些扭曲的问包提供强化的聚合物基质也起着重要的作用在介质流变特性和电气和热导率等其他属性。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba
扫描电镜图像的PET /问色母粒(a)和5 wt的纳米复合材料。% (b, c)问的内容。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
(c)gydF4y2Ba
3.2。动态机械和量热属性gydF4y2Ba
储能模量温度的关系gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
PET / CNT纳米复合材料(图gydF4y2Ba
2(一个)gydF4y2Ba )揭示了复杂的弹性行为的纳米复合材料在温度范围调查。低于玻璃化转变区域,几乎线性增加1.2倍gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
观察到通过增加5 wt问的内容。%,表明问加强效果。正如所料,在玻璃化转变区域内,迅速下降的模值一个整洁的宠物矩阵,研究了纳米复合材料是观察到温度上升;然而,一个更广泛的玻璃化转变区域观察到与碳纳米管系统的情况下,特别是在最高nanofiller内容,表示,碳纳米管大大影响聚合物的玻璃化转变行为。与此同时,在玻璃化转变温度明显增加(gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
)研究了PET / CNT纳米复合材料是通过增加nanofiller内容。尽管如此,立即高于玻璃化转变,快速下降gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
已经观察到,保持相当大的碳纳米管的增强效果;在105°C,gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
增加8、18和300倍增加1 wt nanofiller内容。2 wt %。wt %, 5。分别为%。在更高的温度高于玻璃化转变的宠物,一定gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
增加发生。显然,这种刚度增加与冷结晶现象的宠物。因此,整洁的聚合物基质或问2吨级以下内容的纳米复合材料。%,在生产过程中,冷却的速率高于PET大分子的结晶速率,导致冷冻构象,能够增加结晶如果某些触发温度。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba
CNT PET /纳米复合材料储能模量gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
(一)和损耗模量gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
”gydF4y2Ba
(b)取决于温度。gydF4y2Ba
(一)gydF4y2Ba
(b)gydF4y2Ba
有趣的是,冷crystallization-initiated刚度增加转向降低温度和增加的方向问内容;此外,增加的gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
减少和增加碳纳米管的浓度。因此,在最高nanofiller内容上面gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
地区,没有观察到模量增加;gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
宠物关系+ 5%问纳米复合材料是光滑的反s形模式的模值大于任何其他成分调查纳米复合材料。这是与DSC数据(图一致gydF4y2Ba
3gydF4y2Ba )展示相当减量的冷结晶峰面积从21.59 J / g(整洁的PET)到0.75 / g (5 wt的宠物纳米复合材料。%碳纳米管)和相应的递减的冷结晶峰温度从ca。122°C到108°C的纳米复合材料的初始结晶度的增加从13%(整洁的宠物)到31% (5 wt的纳米复合材料。%碳纳米管)。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba
PET / CNT纳米复合材料DSC加热和冷却曲线。gydF4y2Ba
这种现象可能表示,纳米复合材料的结晶融化是由碳纳米管的存在导致更高的初始结晶度纳米复合材料。因此,在加热阶段在DSC实验,冷结晶的能力,即。,冷冻大分子构象的结晶,减少随着越来越多问的内容。然而,独立于问内容,冷crystallization-induced研究纳米复合材料的模量增加不大于30 - 40 MPa。尽管上面的冷crystallization-caused模量增加gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
调查PET-based纳米复合材料的测量温度范围取决于问内容,如果宠物矩阵的情况下,增加模数值保持在整个温度区间调查,然后在宠物纳米复合材料的情况下,模数值开始下降后不久到达最大值ca 120°C。这种现象的原因可能是降低界面粘附与碳纳米管系统。gydF4y2Ba
CNT PET /纳米复合材料损耗模量gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
”gydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
2 (b)gydF4y2Ba )代表了阻尼行为,表示聚合物分散机械能通过内部分子运动的能力。减少gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
”gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
峰高和系统的各自的峰面积5 wt。% CNT的(对整洁的PET)在玻璃化转变区域(60 - 90°C)表明较低的阻尼行为的纳米复合材料由于减少了聚合物大分子的流动性,导致某些增量gydF4y2Ba
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
的宠物。然而,它是有趣的,在更高的温度,行为逆转,即。,better damping is demonstrated by the nanocomposites, which could be related to improved performance of the nanocomposites at elevated temperatures. The observed increment in
TgydF4y2Ba
ggydF4y2Ba
由于减少了大分子链流动与增加相关gydF4y2Ba
EgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
如上所述。gydF4y2Ba
3.3。介电性能gydF4y2Ba
作为一个典型的介电材料,宠物矩阵显示frequency-independent实验测量介质介电常数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
(图2.6的价值gydF4y2Ba
4gydF4y2Ba )。然而,对于测量PET / CNT纳米复合材料,增加了gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值观察到发生由于导电碳纳米管之间的界面极化和绝缘宠物矩阵。这种效果的原因是这两种材料之间的高导电性差异决定当电流流经相间;电荷积累在间期导致明显的介电常数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
增加(gydF4y2Ba
17gydF4y2Ba ]。在PET / CNT纳米复合材料的情况下,这意味着碳纳米管相互分开一层薄介质的宠物;因此,连续碳纳米管之间,形成平行板电容器。通过增加问浓度,电容的数量增加;然而,与此同时,碳纳米管之间的距离减少,制造更多问填料粒子之间的直接接触导致介质介电常数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
增加。此外,通过增加问内容,在低频率、高介电损失造成的电导特性逐渐开始主导和介电常数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
不能精确测量由于高损耗的gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba
CNT PET /纳米复合材料介电常数gydF4y2Ba
εgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
。gydF4y2Ba
相对于介质介电常数,交流电导率的增加gydF4y2Ba
σgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
由几个数量级的描述在我们以前的工作对PET / CNT纳米复合材料电性质(gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba ],EPT CNT /纳米复合材料与高问内容显示CNT导电行为和导电渗流阈值浓度为0.98 wt计算。%。PET / CNT电气和热导率的调查为热电参数的确定是非常重要的。gydF4y2Ba
3.4。流变特性gydF4y2Ba
PET / CNT纳米复合材料显示复杂的粘度增加gydF4y2Ba
ηgydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
5gydF4y2Ba ),特别是在2 wt。wt %和5。%问浓度与宠物矩阵相比指连接或网络结构的形成由于CNT-CNT填料和CNT-polymer交互。这种纳米复合材料的行为也可能是相关的存在之间的摩擦各向异性纳米管由于其高的l / d比率。因此,纳米复合材料表现出明显的假塑性流体行为即使在低角频率gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba 值。近似的粘度曲线研究了纳米复合材料的聚合物基质的粘度曲线更高gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba 价值观不仅表明,聚合物分子间化学键崩溃和大分子变形的方向流动,还问和聚合物macromolecule-created结构崩溃(gydF4y2Ba
18gydF4y2Ba ,gydF4y2Ba
19gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba
PET / CNT纳米复合材料复杂的粘度gydF4y2Ba
ηgydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba
曲线。gydF4y2Ba
依赖宠物/ CNT纳米复合材料的储能模量(gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
)gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba
(图gydF4y2Ba
6gydF4y2Ba )表明,宠物矩阵具有最强的gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
依赖gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba CNT, PET /纳米复合材料gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
依赖gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba
降低了。逐渐减少的纳米复合材料gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba
曲线斜率增加问事实可以解释的内容类似的变化gydF4y2Ba
ηgydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
当CNT-CNT或CNT-polymer相互作用导致连接或网络结构的形成导致更加明显假塑性的行为(gydF4y2Ba
20.gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba
CNT PET /纳米复合材料储能模量gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
ωgydF4y2Ba
曲线。gydF4y2Ba
同样,作为计算电渗透浓度,为了计算流变渗透浓度,可以应用渗流幂律变化的基础上gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
模量,因为gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
模量最清晰地描述了纳米复合材料的流变的变化取决于问浓度(gydF4y2Ba
21gydF4y2Ba ]:gydF4y2Ba
(1)gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
≈gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
0gydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
−gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
在哪里gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
是复合储能模量,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
0gydF4y2Ba 是问储能模量,gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba 是问卷的内容,gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
是问渗流体积含量,gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
系统维度指数相关。gydF4y2Ba
CNT PET /纳米复合材料(图gydF4y2Ba
7gydF4y2Ba )gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值是0.64卷。(0.83 wt %。%)。PET /计算问gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值是0.18 wt。%低于电渗流gydF4y2Ba
φgydF4y2Ba
cgydF4y2Ba
,gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值作为描述在我们以前的工作(gydF4y2Ba
16gydF4y2Ba ]。这是有关不同的渗流机制对复合材料中颗粒间的距离。电渗流,足够致密问网络聚合物基质是必需的(至少确保电荷转移通过隧道效应),但在流变渗流的情况下,交互是可能甚至在更大的碳纳米管之间的距离(即。回转半径范围的聚合物大分子)。因此,gydF4y2Ba
ηgydF4y2Ba
∗gydF4y2Ba
和gydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
增加是由CNT-polymer之间的相互作用在聚合物熔体中,通过问干扰高分子运动。获得的gydF4y2Ba
tgydF4y2Ba
GgydF4y2Ba
′gydF4y2Ba
值通常取决于填料l / d比率和角频率gydF4y2Ba
22gydF4y2Ba ]。gydF4y2Ba
图7gydF4y2Ba
PET / CNT纳米复合材料流变渗流参数。gydF4y2Ba