多壁巴基纸/环氧复合材料拉伸性能的影响因素

采用抽滤法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)纸(又称巴基纸), 研究了巴基纸增强不同环氧基体复合材料(巴基纸复合材料)的拉伸性能及其断口形貌, 分析了MWCNT含量、 树脂基体拉伸性能以及巴基纸与树脂的界面黏附作用对复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MWCNT质量分数小于39.1%范围内, 增加碳纳米管含量, 可显著提高巴基纸/环氧复合材料的拉伸性能; 巴基纸/环氧复合材料的拉伸强度和模量与树脂基体的性能密切相关, 其拉伸破坏形式受基体的脆韧性影响显著; 相比较而言, 巴基纸与树脂间的黏附功对巴基纸/环氧复合材料拉伸性能的影响不明显。     

浮动催化CVD法CNTs膜及CNTs膜/环氧复合材料拉伸特性

针对浮动催化化学气相沉积(CVD)法制备的碳纳米管(CNTs)膜,首先采用红外光谱表征分析了包覆在CNTs表面的无定形物质的组成,然后分别采用热处理和酸洗处理方法,考察了CNTs膜中无定形物和残留Fe催化剂对CNTs膜拉伸取向行为的影响。结果表明:采用CVD法制备的CNTs膜中CNTs表面无定形物为含氧或烷烃、烯烃类低聚物,可通过350℃有氧热处理基本去除。该CNTs膜的牵伸取向重排行为受组成影响显著,CNTs表面的低聚物可增强CNTs的管间黏结作用,Fe催化剂颗粒成为CNTs网络结构的交联结点,两者均有利于提高CNTs的取向程度和聚并成束的尺寸,进而提高CNTs膜的拉伸稳定性和断裂韧性。牵伸取向后CNTs膜与环氧树脂溶液的浸润性提高,其CNTs膜/环氧复合材料的拉伸强度和模量达到1228MPa和94.5GPa,相比初始无规CNTs膜/环氧复合材料的分别提高了337%和729%。      

基于原位电热和酸化的碳纳米管薄膜纯化工艺研究

利用原位电热和酸化的综合处理方法对浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管薄膜进行纯化处理,对碳纳米管薄膜进行了电导率、微观形貌、热重、电热和拉曼等分析,研究了原位电热纯化时间对薄膜电学性能和纯化效果的影响。结果表明,随着原位电热时间的延长,薄膜电学性能逐渐得到提升;经过原位电热处理10 min和盐酸酸化处理后,薄膜方块电阻降低了61.8%,电导率提升了160.7%。微观形貌分析和热重分析结果显示,碳纳米管薄膜内的无定形碳和金属催化剂颗粒杂质有效减少,薄膜得到了有效纯化。拉曼分析结果显示,经过原位电热和酸化综合处理,碳纳米管薄膜内产生了少量的缺陷。     

取向碳纳米管膜/氰基树脂复合材料的制备与性能强化机制

以浮动催化化学气相沉积法(FCCVD)碳纳米管(CNT)膜为原料,通过氰基树脂溶液浸渍法制备CNT预浸膜,然后采用热辅助牵伸和热压固化的方法制备高取向CNT膜复合材料。详细分析了热处理的温度和树脂溶液浓度对CNT预浸膜拉伸性能的影响,从而得到合适的热辅助牵伸工艺,并考察固化工艺对复合材料性能的影响。在此基础上,从浸润特性、CNT取向程度和层间剪切性能方面揭示CNT膜复合材料力学性能的强化机制。结果表明与传统CNT膜牵伸工艺相比,CNT预浸膜热牵伸工艺更有利于制备高取向CNT膜复合材料。热牵伸的温度和树脂溶液的浓度是制备高取向、低孔隙CNT预浸膜的关键因素。通过固化工艺的改变可有效调控氰基树脂的反应程度碳纳米管薄膜/氰基树脂复合材料的拉伸性能。经高温后固化处理后,CNT膜/氰基树脂复合材料的拉伸强度和模量分别高达2 748 MPa和302GPa。优异的树脂浸润特性、层间剪切强度以及高的CNT取向度使CNT膜复合材料中CNT更有利于协同承载,从而提高其力学性能。