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碳管在聚合物基体中的各向异性分布：外力的作用
熊家文，周冬生，郑震，杨晓慧，王新灵
上海交通大学化学化工学院高分子系，上海 200240
关键词：碳管，聚氨酯，各向异性分布
碳管拥有杰出的机械特性以及优异的热，电和磁性能，少量的碳管加入到聚
合物基体中能极大改善材料的众多性能[1-5]。因此，它被认为是制备高性能聚合
物基纳米复合材料最有前途的理想增强填料之一。利用碳管的这些优异性能制备
高性能复合材料，碳管在基体材料中的空间分布以及提高碳管与基体的相容性是
关键。为了获得高性能聚合物－碳管纳米复合材料，一方面对碳管表面进行化学
改型以提高其与基体的界面作用力；更为重要的是碳管在基体中的定向排列是人
们目前追求的目标。通常，碳管可以通过热丝化学蒸汽沉积、机械拉伸和电泳等
方法获得定向排列。但是，当碳管混入聚合物基体中就变成了无规分布，因此使
碳管在聚合物基体中获得有规分布是目前该领域研究的一个重要课。我们的目标
是合成碳管在聚合物基体中有一定取向的复合材料，并探讨外力对碳管在基体中
分布的影响。
利用浓硫酸和浓硝酸按体积比3 ∶1 配置成的混合酸对单壁碳管（SWCNT）
进行酸化处理，尔后经一系列化学反应，使聚氨酯软段组分 PPG ( 聚醚，
M n 1000 )接枝到SWCNT 表面。碳管表面修饰如Scheme 所示。
SWCNT HNO3 SOCl2 PPG
H SO COOH n COCl n PPG n
2 4
(a)
CH3
HO CH CH2 O n H
M 1000
n
(b)
Scheme. (a) Chemical route of preparation of PPG-grafted SWCNT and (b)
molecular structure of PPG
用超声波把经PPG 修饰后的碳管分散于PPG 中，于80℃下与一定量的TDI
(甲苯二异氰酸酯) 反应2 小时，得到碳管－聚氨酯复合预聚体。该预聚体在一
定的外力和温度下与计量的3,3’-二氯－4，4’-二苯基甲烷二胺 （MOCA）进行
固化反应2 小时，得到聚氨酯－碳管复合材料。
PU-SWCNT composite
3280
)
%
(
3464
e PPG
c
n
a
t
t
i
m 1078
s PPG-grafted S
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