CNTs的表面改性及其在环氧树脂复合材料中的应用

首先采用浓硫酸/浓硝酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行混酸氧化处理,再将氧化后的CNTs与DOPO改性后的硅烷偶联剂(DOPO-KH560)进行改性,制备了DOPO-KH560表面化学修饰的MWC-NTs。在此基础上,将改性前后的CNTs分散在环氧树脂体系中,制成样条,研究了处理前后样条力学性能的变化。材料表面结构的红外光谱(FT-IR)分析表明,CNTs混酸氧化成功,表面成功引入了羟基和羧基,而且DOPO-KH560成功接枝到酸化CNTs上。材料微结构的透射电子显微镜(TEM)观察表明,酸化后MWCNTs被截短,分散性变好,接枝DOPO-KH560后CNTs表面包覆了一层低聚物。对处理后的样条进行力学性能测试并用扫描电镜(SEM)分析观察断面形态的变化。结果表明,环氧树脂中加入CNTs,能有效地增加环氧树脂的韧性和强度,且加入原CNTs、氧化CNTs、改性后的CNTs时增强增韧效果逐渐增加,加入最终CNTs后环氧树脂的增强增韧效果最明显。     

CaCO_3/Al_2O_3/MWCNTs环氧复合涂层性能研究

利用KH560对碳酸钙(CaCO_3)、氧化铝(Al_2O_3)、酸化后的多壁碳纳米管(MWCNTs)表面进行接枝改性,并制备了CaCO_3/Al_2O_3/MWCNTs/环氧树脂(EP)复合涂层。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析仪(TG)和EDS分析对改性前后的无机填料进行表征,使用电化学阻抗谱(EIS)、抗冲击试验、高温高压实验测试复合涂层的附着力、耐腐蚀等性能。同时用扫描电子显微镜(SEM)观察复合涂层表面形貌。结果表明,KH560成功的接枝在3种无机填料表面,当MWCNTs的质量分数为2%时,CaCO_3/Al_2O_3/MWCNTs/EP复合涂层的分散性最好,性能最优。     

环氧基团修饰多壁碳纳米管及其化学交联聚氨酯复合材料的性能

碳纳米管在高分子材料中的分散性能及其二者的界面结合力决定了其复合材料的性能。用H_2O_2-FeSO_4试剂处理多壁碳纳米管(MWCNTs)使其羟基化,再与硅烷偶联剂反应分别制备了缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷改性的MWCNTs(MWCNTs-KH560)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷-环氧树脂改性MWCNTs(MWCNTs-E51),并和含羧基的聚氨酯(PU)混合制备了MWCNTs/PU复合材料,研究了不同链段环氧基团对复合材料性能的影响。结果表明,接枝环氧基团后,MWCNTs能明显地提高其复合材料的力学性能、热稳定性能和导电率。和MWCNTs-E51相比,MWCNTs-KH560/PU具有较高的上述性能,但断裂伸长率较低。分析认为,接枝的环氧基团可和PU链上的羧基发生开环反应而形成了化学交联结构,显著地提高了MWCNTs和PU之间的界面结合力。但MWCNTs-E51接枝的较长有机链段起增塑作用,且提高了MWCNTs之间的隧道电阻,从而降低了复合材料的力学性能和导电性能。     

碳纳米管的表面改性对环氧树脂低温(77 K)冲击性能及热膨胀系数的影响

采用混酸氧化及表面接枝改性的方法制备了表面含不同官能团的多壁碳纳米管(MWCNTs), 并研究了不同MWCNTs对环氧树脂的低温(77 K)抗冲击性能及热膨胀系数(CTE)的影响。结果表明: 通过接枝反应将—NCO基团封端的PEO齐聚物引入MWCNTs表面, 可提高MWCNTs在环氧树脂基体中的分散性, 加强MWCNTs与环氧树脂的界面作用; 相对于纯环氧树脂, 添加质量分数为0.5%的纯MWCNTs、 氧化MWCNTs和表面接枝MWCNTs改性后的环氧树脂的低温冲击强度分别升高了10.27%、 26.13%和32.95%, 而CTE则分别降低了14.79%、 29.59%和40.29%。这表明表面接枝改性MWCNTs可明显提高环氧树脂基体的低温抗冲击性能并降低环氧树脂在玻璃化转变温度下的CTE。     

多壁碳纳米管改性环氧树脂胶黏剂实验研究

将一种环氧树脂和表面羟基化的多壁碳纳米管(MWCNTs)按照质量比100∶0.1进行配比, 以超声波分散法制备MWCNTs/环氧树脂胶黏剂, 考察了两种硅烷偶联剂KH550和KH560对MWCNTs改性效果的影响。采用FTIR、 DSC、 DMA、 流变仪研究了MWCNTs对胶黏剂固化行为和流变特性的影响, 并结合断口形貌观察, 测试分析了MWCNTs对胶黏剂拉伸剪切强度和冲击强度的影响。结果表明: 硅烷偶联剂能与MWCNTs表面的羟基发生缩合反应, 增强了MWCNTs与环氧树脂基体的亲和性, 从而影响胶黏剂固化反应及黏度-剪切速率曲线; 经KH550改性的MWCNTs明显提高了胶黏剂与金属的界面粘结性, Al-Al拉伸剪切强度较无MWCNTs的胶黏剂提高了46.4%; 添加MWCNTs使胶黏剂的冲击断面更为粗糙, 开裂面积更大; 添加MWCNTs+KH550的胶黏剂冲击强度提高了44.1%, 说明MWCNTs/环氧树脂间界面性能对发挥MWCNTs的增韧效果非常重要。      

多壁碳纳米管的表面功能化及分散性研究

多壁碳纳米管(MWCNTs)分别经混合、强酸氧化浸泡和酰氯化处理后,再与9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)的衍生物(DHDOPO)进行接枝反应得到表面功能化的MWCNTs。利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TGA)、紫外-可见分光光度仪(UV-Vis)和沉降实验等分别表征改性前后MWCNTs的结构和表面形态,估算DHDOPO在MWCNTs表面的相对接枝率,研究改性前后MWCNTs在乙醇中的分散性。结果表明,MWCNTs经混合强酸氧化后表面出现羧基;DHDOPO在MWCNTs上的相对接枝率为51%;混合强酸氧化和表面接枝DHDOPO的MWCNTs在无水乙醇中具有良好的分散性。     

3-氨丙基三乙氧基硅烷对多壁碳纳米管的化学修饰研究

先用混酸体系(浓硫酸/浓硝酸体积比为3:1)对多壁碳纳米管进行了氧化处理,再利用氧化处理后多壁碳纳米管表面生成的羟基与3-氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂(KH550)进行反应,制备了表面有机修饰的多壁碳纳米管。对比了未经改性的原始多壁碳纳米管、混酸处理过的多壁碳纳米管以及经过表面有机修饰的多壁碳纳米管在水中的分散性能。采用红外光谱、透射电镜、拉曼光谱等对化学修饰前后的各种多壁碳纳米管进行了表征和分析。结果表明,硅烷偶联剂KH550已成功地接到多壁碳纳米管上。硅烷化后的多壁碳纳米管保持碳纳米管的结构不变,在水中基本呈现分散状态并可稳定放置20天以上。     

柔性可拉伸硅橡胶@多壁碳纳米管/硅橡胶可穿戴应变传感纤维

基于核-壳结构设计,采用简便、低成本的浸涂-固化法制得柔性、可拉伸、高灵敏且稳定的聚二甲基硅氧烷硅橡胶@多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷硅橡胶(PDMS@MWCNTs/PDMS)压阻式应变传感纤维。通过FTIR、XRD、TG、TEM对硅烷偶联剂改性多壁碳纳米管(MWCNTs-KH570)的化学结构、热稳定性和微观形貌进行了分析,深入研究了核-壳结构与MWCNTs-KH570质量分数对PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维导电性能、传感性能及力学性能的影响规律与机制。结果表明:羟基化MWCNTs(MWCNTs—OH)表面接枝KH570使其在壳层PDMS基体中具有良好的分散性和界面相互作用;核-壳结构的设计使PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维在低填充下具有高电导率和传感性能;PDMS@MWCNTs/PDMS复合纤维的导电性能与传感性能随着MWCNTs-KH570质量分数增加而提高,且在人体关节运动监测中表现出良好的可重复性和工作稳定性。      

碳纳米管/碳纤维环氧树脂复合材料的制备及力学性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性处理,得到表面接枝1,3,5-苯三甲酸的碳纳米管(B-MWCNTs)。分别将MWCNTs和B-MWCNTs分散在环氧树脂基体及上浆剂中,通过缠绕成型法制备含有MWCNTs的碳纤维增强环氧树脂预浸料,并采用热压成型工艺制备MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板。结果表明,B-MWCNTs在环氧树脂基体和上浆剂中的分散状态明显优于MWCNTs。添加B-MWCNTs后复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和失重5%时对应的温度均有所提高。而且,添加B-MWCNTs可以明显提高碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs含量为0.5%(质量分数)时,B-MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板的压缩强度、层间剪切强度和冲击后压缩强度(CAI)分别提高了14.3%,37.1%和23.4%。     

碳纤维/氧化石墨烯多尺度增强体的制备与表征EI北大核心CSCD

利用改进Hummers法制备氧化石墨烯,通过"grafting to"法接枝到用硅烷偶联剂Kh550处理的碳纤维表面,从而获得碳纤维/氧化石墨烯多尺度增强体。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)对获得的多尺度碳纤维的形貌、结构和表面官能团进行了表征,并利用纤维电子强力仪和电阻率仪研究了接枝前后碳纤维力学性能和传导性能的变化。结果表明,氧化石墨烯主要接枝在碳纤维表面的沟槽和缺陷处,碳纤维表面不饱和碳原子数目增加,微晶尺寸减小,接枝后碳纤维的拉伸强度提高了9.8%,断裂伸长率提高了13.1%,而其电导率降低了11.6%。     

Preparation of poly (vinyl alcohol) fibers strengthened using multiwalled carbon nanotubes functionalized with tea polyphenols

Poly (vinyl alcohol) (PVA) fibers were strengthened using multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) functionalized using a green modifier tea polyphenols (TP). MWCNTs were first modified using TP to increase their dispersity in dimethyl sulfoxide (DMSO)/water solution, and then PVA was added to the dispersion to form new dispersion of PVA/MWCNTs/TP/DMSO/water. The homogeneous dispersion was extruded through a spinning hole into cold methanol to form continuous fibers using gel-spinning process followed by a hot-drawing. The tensile strength of the well-oriented PVA/MWCNTs composite fibers containing merely 0.6 wt% of MWCNTs was surprisingly more than 2.6 times that of pure PVA fiber. Structure characterization showed that well-dispersed MWCNTs were caused by the interfacial interactions between PVA matrix and MWCNTs through the bridge effect of TP.     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。     

原位聚合聚苯氨包覆碳纳米管的研究

进行了用苯氨单体在含有分散碳纳米管的环境中发生聚合,使聚苯胺包覆碳纳米管,然后把这些碳纳米管添加到聚丙烯中的实验.利用透射电子显微镜,X射线衍射仪对碳纳米管的分散效果,碳纳米管/聚苯胺界面进行了分析,检测.对加有碳纳米管/聚苯胺的聚丙烯进行了抗拉强度测试,并对试样弯曲断裂断口进行了扫描电镜分析和EDS分析.结果表明苯胺可以很好地在碳纳米管上形核聚合,形成的聚苯胺能够完全包覆和缠绕在碳纳米管上,从而有利于碳纳米管处于很好的分散状态.包覆有聚苯胺的碳纳米管添加到聚丙烯中提高了聚苯烯的力学性能,与不添加填料的聚苯烯相比,在相同实验条件下添有包覆聚苯氨的碳纳米管2%的聚苯烯常温拉伸强度提高了70%.     

熔融纺丝方法制备纳米碳管/聚丙烯复合纤维及其拉伸性能

采用传统的熔融纺丝技术大量制备了定向性良好的纳米碳管／聚丙烯复合纤维。扫描电镜观察证实了纳米碳管在纤维里的定向性以及分散性都得到了较大的改善。通过拉伸实验测试了纳米碳管／聚丙烯复合纤维的力学性能，采用weibull统计分析发现纳米碳管的添加显著提高了复合纤维的拉伸强度，当添加纳米碳管的质量分数达到3％时，纤维强度最高，达到61MPa，超过聚丙烯纤维强度120％。复合纤维拉伸断口的形貌特征也证实了纳米碳管添加对复合纤维拉伸性能影响存在临界现象。     

多壁碳纳米管/聚丙烯复合材料的结晶行为

采用表面接枝十六烷烃的方法对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性, 通过溶液共混法制备多壁碳纳米管/聚丙烯(MWCNTs/PP)复合材料, 并研究了MWCNTs/PP的结晶行为。结果表明, 3%(质量分数)表面接枝十六烷烃的MWCNTs在PP基体中分散良好, 达到纳米级的分散。加入接枝MWCNTs后, PP的结晶结构未发生改变, 依然是α晶型。接枝MWCNTs对PP有异相成核的作用, 加入接枝MWCNTs使PP的成核及晶体生长方式发生变化。加入3%(质量分数)接枝MWCNTs 以后, PP的结晶温度升高了8℃, 结晶速率提高了1倍, 结晶度提高了3%, 球晶尺寸减小。     

碳纳米管含量对铝基复合材料力学性能的影响

采用搅拌摩擦加工技术制备了多壁碳纳米管增强铝基(MWCNTs/Al)复合材料,研究了碳纳米管含量对复合材料力学性能的影响规律。结果表明,MWCNTs的添加对铝基复合材料的力学性能影响显著,随着MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的硬度、弹性模量、强度都逐渐提高;当碳纳米管含量为6.6%(体积分数)时,复合材料强度达218 MPa,为基体材料的2.24倍;随MWCNTs含量的增加,MWCNTs/Al复合材料的塑性逐渐变差,拉伸延伸率逐渐降低,断口韧窝逐渐变小、变浅。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

多壁碳纳米管的化学修饰及其增强环氧树脂复合材料的性能

研究原生多壁碳纳米管和己二胺修饰的多壁碳纳米管分别对环氧树脂的增强作用。用SEM、FT-IR及XPS对修饰前后的碳纳米管进行的表征表明,所用的方法可以在碳纳米管的表面接上己二胺。研究发现,修饰后的碳纳米管比原生碳纳米管对环氧树脂有更明显的增强作用。修饰后的碳管含量为2%时,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度比纯环氧树脂分别提高79.7%、160.4%和188.2%。