碳纳米管改性苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚脲纳米复合泡沫

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.230139

摘要/Abstract

摘要：

聚合物纳米复合泡沫通常具有优于常规泡沫的综合性能。通过“增塑-发泡-增强”策略与多壁碳纳米管（MWCNTs）复合改性相结合的方法，制备出了MWCNTs改性的苯乙烯-丙烯腈共聚物/聚脲（SAN/PUA）纳米复合泡沫，并对加入MWCNTs后SAN/聚脲交联单体（SAN/CMs）共混体系的粘弹性和发泡性能以及对所制备的SAN/PUA纳米复合泡沫的耐热性能、导电性能和电磁屏蔽性能等进行了研究。结果表明，MWCNTs的加入可以有效减小SAN/PUA复合泡沫的最终泡孔尺寸，但不影响CMs对SAN的增塑效果； MWCNTs改性的SAN/PUA纳米复合泡沫比纯SAN（116.4 ℃）泡沫具有更好的耐热性能（128.1~139.3 ℃）。随着MWCNTs质量分数的增加，泡沫的储能模量增大，且导电性能和电磁屏蔽性能也增强；当MWCNTs质量分数为15%时，SAN/PUA纳米复合泡沫的电磁屏蔽性能达到30.7 dB。另外，研究发现，随着MWCNTs质量分数的增加，泡沫的电磁屏蔽能力将由吸收主导转变为反射主导。

关键词: 苯乙烯-丙烯腈共聚物, 多壁碳纳米管, 超临界二氧化碳发泡, 纳米复合泡沫, 电磁屏蔽

Abstract:

Polymer nanocomposite foams often exhibit better comprehensive properties than conventional foams due to the presence of nanofillers. In order to prepare multifunctional nanocomposite foams with excellent comprehensive properties， styrene-acrylonitrile copolymer （SAN）/polyurea （PUA） nanocomposite foams with different mass fractions of multi-walled carbon nanotubes （MWCNTs） are prepared by combining the “Plasticizing-Foaming-Reinforcing” （PFR） strategy with adding MWCNTs. The effects of MWCNTs on the properties of SAN/crosslinked monomer （CMs） blends and SAN/PUA nanocomposite foams are investigated. It is found that the addition of MWCNTs still retains the advantage of CMs plasticization， so that SAN/CMs blends have a lower glass transition temperature than pure SAN， and the presence of MWCNTs can significantly reduce the cell diameter of SAN/PUA composite foam. After curing， the SAN/PUA nanocomposite foam with MWCNTs has better heat resistance （128.1~139.3 ℃） than pure SAN foam （116.4 ℃）， and the modulus of the foam increases with the mass fraction of MWCNTs. At the same time， with the increase of MWCNTs mass fraction， the conductivity and electromagnetic shielding performance of SAN/PUA nanocomposite foam become better. When the mass fraction of MWCNTs is 15%， the electromagnetic shielding performance of SAN/PUA nanocomposite foam reaches 30.7 dB. In addition， with the increase of MWCNTs mass fraction， the electromagnetic shielding ability of the foam changes from the absorption mode to the reflection mode.

Key words: Styrene-acrylonitrile copolymer, Multi-walled carbon nanotubes, Supercritical CO₂ foaming, Nanocomposite foam, Electromagnetic shielding

中图分类号:

O631

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图/表 8

图1 DMA测试得到的SAN、SAN/CMs-7/3共混物和MWCNTs质量分数为8%、12%、15%和18%的SAN/CMs-7/3共混物的（A）tanδ和（B）粘度（η* ）与测试温度的关系；（C）SAN泡沫、SAN/CMs-7/3复合泡沫和不同MWCNTs质量分数的SAN/CMs-7/3纳米复合泡沫的膨胀倍率与发泡温度的关系（sc-CO2发泡压力10 MPa）；（D） SAN泡沫、SAN/PUA-7/3复合泡沫和不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA-7/3纳米复合泡沫的泡孔直径与发泡温度的关系

Fig.1 The relationship of （A） tanδ and （B） η* obtained by DMA test of SAN， SAN/CMs-7/3 blend and SAN/CMs-7/3 blend with various mass fraction of MWCNTs （8%， 12%， 15% and 18%） with the testing temperature；（C） The relationship between expansion ratio and foaming temperature of SAN foam， SAN/CMs-7/3 composite foam and SAN/CMs-7/3 nanocomposite foams with different MWCNTs mass fraction （sc-CO2 pressure： 10 MPa）；（D） The relationship between cell diameter and foaming temperature of SAN foam， SAN/PUA-7/3 composite foam and SAN/PUA-7/3 nanocomposite foams with different MWCNTs mass fraction

图2 90 ℃下制备的SAN/PUA-7/3纳米复合泡沫的SEM照片，MWCNTs质量分数：（A） 8%，（B） 12%，（C） 15%，（D） 18%

Fig.2 SEM micrographs of SAN/PUA-7/3 nanocomposite foams prepared at 90 ℃ with various mass fractions of MWCNTs：（A） 8%，（B） 12%，（C） 15% and （D） 18%

图3 超临界二氧化碳发泡压力10 MPa下SAN/CMs-7/3纳米复合泡沫最大膨胀倍率与MWCNTs质量分数的关系

Fig.3 The relationship between the maximum expansion ratio of SAN/CMs-7/3 nanocomposite foam with the mass fraction of MWCNTs at 10 MPa of sc-CO2

图4 由DMA测试得到的不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA纳米复合泡沫的（A）tanδ与测试温度的关系和（B）储能模量与测试温度的关系

Fig.4 The relationship between （A） tanδ and test temperature and the relationship between （B） storage modulus and test temperature of SAN/PUA nanocomposite foams with different MWCNTs mass fractions （obtained by DMA test）

图5 MWCNTs质量分数为（A）8%、（B）12%、（C）15%和（D）18%的SAN/CMs-7/3共混物的脆断面SEM照片

Fig.5 SEM micrographs of brittle fracture surface of SAN/CMs-7/3 blends with MWCNTs mass fractions of （A） 8%，（B） 12%，（C） 15% and （D） 18%

图6 （A） SAN/CMs-7/3共混物的电导率与MWCNTs质量分数的关系；（B）不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA-7/3纳米复合泡沫的电导率与相对密度的关系

Fig.6 （A） The relationship between the electrical conductivity of SAN/CMs-7/3 blend and the mass fraction of MWCNTs；（B） The relationship between the electrical conductivity and relative density of SAN/PUA-7/3 nanocomposite foams with different MWCNTs mass fractions

图7 在X波段（8.2~12.4 GHz）测得含有不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA纳米复合泡沫的（A）SET、（B）SEA以及（C）SER与频率的关系

Fig.7 The relationship between （A） SET，（B） SEA and （C） SER with test frequency of SAN/PUA nanocomposite foams with different MWCNTs mass fractions measured in the X-band （8.2~12.4 GHz）

图8 （A）在X波段（8.2~12.4 GHz）测得的含有不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA纳米复合泡沫的平均SEA和平均SER；（B）在12.4 GHz测得的含有不同MWCNTs质量分数的SAN/PUA纳米复合泡沫的A、R和T值

Fig.8 （A） The average SEA and average SER of SAN/PUA nanocomposite foams with different MWCNTs mass fraction measured in the X-band （8.2~12.4 GHz）；（B） The A， R and T of SAN/PUA nanocomposite foams with different MWCNTs mass fraction measured at 12.4 GHz

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