通过扫描传输X射线显微镜研究碳黑填充的复合材料中的填充相互作用
Yuting Wang1, Wei Jiang2, Keran Zhu1
1National Synchrotron Radiation Lab, University of Science and Technology of China, Hefei 230029, China.
The journal of physical chemistry. B
|May 12, 2025
概括
碳黑 (CB) 的表面处理会影响复合材料的性能. 惰性CB通过弱相互作用增强天然 (NR),而活性CB显示由于强相互作用的差分散和强度降低.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 聚合物科学 聚合物科学
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 复合材料中的碳黑 (CB) 强化对于增强机械性能至关重要.
- 填充剂相互作用,特别是CB表面功能组和链终端之间的共价键,被假设为主要的强化机制.
- 了解这些相互作用是设计先进复合材料的关键.
研究的目的:
- 为了研究表面修改对碳黑 (CB) 特性的影响.
- 为了比较非极性天然 (NR) 中经过处理和未经处理的CB的混合性和分散性.
- 阐明CB表面特性,填料相互作用和复合材料机械性能之间的关系.
主要方法:
- 通过高温石墨化 (惰性) 和用缩酸 (活性) 氧化CB的表面处理.
- 使用基于同步电子的扫描传输X射线显微镜 (STXM) 对CB表面特性进行表征.
- 在天然 (NR) 中CB混合性和分散性的评估.
主要成果:
- 石墨化CB (惰性表面) 在NR中表现出良好的可混合性和分散性,这归因于薄弱的填充剂相互作用和体积填充效应.
- 氧化CB (活性表面) 由于强烈的填充剂相互作用,在NR中表现出不良的混合性和不均的分散.
- 氧化CB中的强相互作用改变了C-H组的方向和修改的功能组结构,与拉伸强度降低相关.
结论:
- CB表面特性显著影响其与矩阵的相互作用.
- 惰性CB表面通过弱相互作用在非极性NR中促进更好的分散和机械增强.
- 活性CB表面可能会导致有害的相互作用,差的分散,并降低复合材料的强度,为设计定制的复合材料提供了见解.
