多功能聚碳酸酯/碳纳米管纳米复合材料的高效机械化学处理

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Efficient mechanochemical treatment for multifunctional polycarbonate/CNT nanocomposites

　　

摘要

机械化学处理通过机械能而非化学试剂来激活和分散聚合物中的纳米填料，为聚合物纳米复合材料的开发提供了一种可持续的方法。它可以改善界面接触、减少填料损伤，并支持多功能复合材料的可扩展加工。在本工作中，开发了两种机械化学策略，即传统的冲击驱动球磨和在去离子水中进行以剪切为主导的厨房搅拌机工艺，以解决多壁碳纳米管（MWCNTs）在聚碳酸酯（PC）基体中的缠结和团聚问题。这两种策略都在一定程度上解缠了碳纳米管束；无论是球磨还是厨房搅拌机处理，均未引起PC分子量的可测量变化。在处理过程中，引入了PC颗粒，使解缠的碳纳米管能够包覆在颗粒表面。这种构型不仅抑制了干燥过程中碳纳米管的重团聚，还有效地促进了后续熔体共混过程中的稳定分散。与球磨相比，厨房搅拌机处理有效地产生了更高程度的剪切、湍流和空化辅助微射流，更有效地分离了致密的碳纳米管束，同时最大限度地减少了缺陷的生成。通过工业方法制备的PC/碳纳米管纳米复合材料表现出优异的多功能特性，例如，在碳纳米管含量为20 wt%时，拉伸强度提高了35%，达到88.6 MPa，热导率增加了77%，电阻率降低了超过十个数量级，电磁干扰屏蔽效能高达24.2 dB。本工作表明，高剪切机械化学处理为生产高性能PC/碳纳米管纳米复合材料提供了一条高效、可扩展且对环境友好的途径。

图形摘要

机械化学处理通过机械能而非化学试剂来激活和分散聚合物中的纳米填料，为聚合物纳米复合材料的开发提供了一种可持续的方法。它可以改善界面接触、减少填料损伤，并支持多功能复合材料的可扩展加工。在本工作中，开发了两种机械化学策略，即传统的冲击驱动球磨和在去离子水中进行以剪切为主导的厨房搅拌机工艺，以解决多壁碳纳米管（MWCNTs）在聚碳酸酯（PC）基体中的缠结和团聚问题。这两种策略都在一定程度上解缠了碳纳米管束；无论是球磨还是厨房搅拌机处理，均未引起PC分子量的可测量变化。在处理过程中，引入了PC颗粒，使解缠的碳纳米管能够包覆在颗粒表面。这种构型不仅抑制了干燥过程中碳纳米管的重团聚，还有效地促进了后续熔体共混过程中的稳定分散。与球磨相比，厨房搅拌机处理有效地产生了更高程度的剪切、湍流和空化辅助微射流，更有效地分离了致密的碳纳米管束，同时最大限度地减少了缺陷的生成。通过工业方法制备的PC/碳纳米管纳米复合材料表现出优异的多功能特性，例如，在碳纳米管含量为20 wt%时，拉伸强度提高了35%，达到88.6 MPa，热导率增加了77%，电阻率降低了超过十个数量级，电磁干扰屏蔽效能高达24.2 dB。本工作表明，高剪切机械化学处理为生产高性能PC/碳纳米管纳米复合材料提供了一条高效、可扩展且对环境友好的途径。

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