碳纳米管的偶联剂修饰及其在环氧树脂复合材料中的应用

为了在环氧树脂( EP) 复合材料中改善碳纳米管(CNTs) 的分散性和获得优良的界面特性, 利用Fenton 试剂对CNTs 进行了羟基化处理, 然后分别利用硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570 和钛酸酯偶联剂NDZ201对羟基化CNTs 进行表面修饰, 通过SEM、TGA、DSC 和阻抗分析仪研究偶联剂修饰对CNTs/ EP 复合材料性能的影响。实验结果表明: Fenton 试剂和4 种偶联剂修饰都能显著改善CNTs 在复合材料中的分散性, 提高EP的玻璃化温度(T_g) 和热稳定性, 其中偶联剂修饰比Fenton 试剂处理更有效; 然而这些改性却大幅度降低了复合材料的导电性能、介电常数以及介电损耗。4 种偶联剂中, KH560 对应的复合材料的T_g最高, 热稳定性和导电性能最好, 同时具有较高的介电常数和较低的介电损耗。      

碳纳米管对环氧树脂基纳米复合材料的力学和电学性能影响(英文)

以碳纳米管(MWCNT)为添加剂,制备出碳纳米管/环氧树脂复合材料,并探讨MWCNT质量分数对其力学和电学性能的影响。结果表明,当MWCNT含量分别为0.1%和0.25%时,该复合材料的拉伸强度和弯曲模量达到最大值。随着M WCNT含量的增加,拉伸模量增加和应变损坏率降低,这表明复合材料由塑性变形到脆性变形演变。当M WCNT含量为0.05%时样品弯曲强度最高;当M WCNT含量为0.5%时,样品出现电渗流阈值。M WCNT在环氧树脂基体中的良好分散对提高复合材料力学性能起重要作用。分散不均的MWCNT易团聚,会引起早期失效和电学性能降低。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的研究进展

碳纳米管由于具有超高的强度、良好的韧性、导电性以及低密度等优异性能,是聚合物材料较为理想的增强填料。近年来,碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究已成为碳纳米管应用研究的一个热点。本文介绍了碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能、电性能、热性能、摩擦性能、吸波性能以及阻尼性能;并结合国内外研究现状,探讨了该复合材料存在的问题,对未来的发展方向进行了展望。     

碳纳米管增强环氧树脂复合材料阻尼性能的研究

采用热压成型法制备出碳纳米管环氧树脂复合材料,并对其分散性能和阻尼性能进行了研究。扫描电镜(SEM)分析表明,通过超声振荡处理和分散剂辅助处理可以将碳纳米管较好地分散在环氧树脂基体材料中。采用自由振动对数衰减率法和动态热机械分析仪(DMTAⅤ)对复合材料的阻尼性能进行了测试,结果表明,在环氧树脂基体中加入碳纳米管能够提高复合材料的阻尼性能,并且随着碳纳米管质量分数的增加,复合材料的阻尼性能不断增强,掺加直径为10~20nm的碳纳米管比掺加直径为30~50nm的碳纳米管能更大地提高复合材料的阻尼性能。     

碳纳米管水泥基复合材料电学性能数值模拟

采用ANSYS12.0和蒙特卡洛随机方法构建了碳纳米管水泥基复合材料的有限元模型,并基于有限元法分析了碳纳米管长径比、直径和掺量对复合材料有效电阻率的影响,并在此基础上通过有效介质方程对有效电阻率数值解和电阻率实验值进行了拟合。数值计算结果表明,碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率的有限元解与解析解较为一致,证明采用有限元法进行电学分析具有可行性;碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率随碳纳米管掺量和碳纳米管长径比增加而减小,随着碳纳米管直径的减小而减小;有效介质方程对碳纳米管水泥基复合材料有效电阻率实验值和有限元数值解拟合曲线变化趋势是一致的。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展

概述了碳纳米管及环氧树脂的性质,分别介绍了物理共混法和化学改性法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料;主要涉及多壁碳纳米管/环氧树脂和单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学和力学性能以及碳纳米管与环氧树脂之间的界面相互作用,并讨论了碳纳米管在环氧树脂中的分散效果、取向作用等对此类复合材料性能的影响;最后探讨了该研究领域存在的问题及今后可能的发展方向.     

镧元素掺杂碳纳米管/环氧树脂复合材料的电磁、热学及力学性能

利用La(NO_3)_3掺杂后的碳纳米管(MWCNTs-La(NO_3)_3)作为电磁波吸收剂、环氧树脂(EP)作为基体,制备出了MWCNT-La(NO_3)_3/EP复合材料。运用透射电子显微镜和X射线衍射仪对MWCNTs、MWCNT-La(NO_3)_3的微观结构进行了表征,使用示差扫描热分析仪、电子万能试验机、摆锤冲击试验机和矢量网络分析仪对MWCNT/EP、MWCNT-La(NO_3)_3/EP复合材料的电磁性能、热固化行为和力学性能进行了测试分析。结果表明,适量掺杂La(NO_3)_3可以有效改善MWCNTs的复介电常数和磁导率,使MWCNT/EP复合材料在8.2~12.4 GHz频率范围内的介电损耗和磁损耗大幅度提高,吸收电磁波的能力增强。MWCNTs对EP体系的固化具有促进作用。适量掺杂La(NO_3)_3后,这种促进作用具有增强趋势。并且掺杂少量的La(NO_3)_3对MWCNT/EP复合材料的力学性能影响不明显。     

碳纳米管有序排列对碳纤维增强环氧树脂基复合材料低温性能的影响

为了提高碳纤维增强环氧树脂(CF/EP)复合材料在低温(77K)循环条件下的抗微裂纹性能,采用共沉淀法制备了具有良好顺磁性的Fe_3O_4修饰氧化碳纳米管(Fe_3O_4-O—MWCNTs),并研究了Fe_3O_4-O—MWCNTs在环氧树脂(EP)基体中的有序排列对EP及CF/EP复合材料低温性能的影响。结果表明:Fe_3O_4-O—MWCNTs的有序排列可有效提高EP基体的低温力学性能及降低EP基体的热膨胀系数,相对于纯EP,Fe_3O_4-O—MWCNTs改性EP的热膨胀系数降低了41.6%;相对于CF/EP复合材料,Fe_3O_4-O—MWCNTs改性CF/EP复合材料在低温环境下的微裂纹密度降低了56.2%。     

碳纳米管改性泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能

采用一种新型简易的化学气相沉积法(CVD)直接在泡沫镍表面均匀地沉积生长碳纳米管(CNTs),然后通过真空导入模塑成型工艺(VIMP)将选定的环氧树脂体系填入表面负载CNTs的泡沫镍孔洞,制备CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料。利用FE-SEM、TEM和Raman对在不同反应温度条件下泡沫镍表面形貌和所生成CNTs的形貌、结构及石墨化程度进行了表征,并采用动态机械分析仪(DMA)研究了CNTs对泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能的影响。结果表明:当反应温度为680℃时,在泡沫镍表面可获得较好的CNTs沉积效果,且所生成的CNTs石墨化程度和纯度较高且直径尺寸较为均匀。同时所制备的CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料比泡沫镍/环氧树脂复合材料,最大损耗因子tanδ_(max)从0.69提高到0.78,玻璃化转变温度Tg从60℃偏移到68℃,有效阻尼温域ΔT从39℃扩宽到44℃,整体阻尼性能提高了18.9%。     

改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能

实验采用混酸法对碳纳米管(CNTs)表面进行改性,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。采用溶胶-凝胶法制得SiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@SiO₂)、TiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@TiO₂),采用原位聚合法制得聚苯胺包覆的C-CNTs (C-CNTs@ PANI)。以环氧树脂(EP)为基体材料,通过溶液共混法制备出C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料。研究结果表明:当掺杂相的质量分数均为1 wt%时,四种EP基复合材料的冲击强度相对于未改性的环氧树脂均有不同程度的提高。当掺杂相质量分数为7 wt%时,C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料的介电常数分别是EP的14.1、7.2、2.5、18.8倍。在实验掺杂量下,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的介电损耗几乎没有变化,C-CNTs@PANI/EP的介电损耗略有增加。当掺杂相质量分数为1 wt%时,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的击穿强度相对于EP明显提高。      

碳纳米管在环氧树脂乙醇溶液中的分散性研究

采取硝酸-盐酸回流法对碳纳米管进行纯化,以超声振荡为手段,探究了在乙醇溶液中表面活性剂种类、浓度、复配方法及超声振荡时间等因素对碳纳米管在环氧树脂基体中的分散性能的影响。通过碳纳米管环氧树脂悬浮液的稳定保存时间来观察其分散性能。结果表明,阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)分散效果最好。     

凹凸棒粘土对炭黑/环氧复合材料电性能的影响

通过溶液混合法制备了凹凸棒(ATT)/炭黑(CB)/环氧树脂(EP)复合材料。使用紫外可见光光谱仪(UV-Vis)和Zeta电位测试仪对CB和(或)ATT在丙酮溶剂中的分散稳定性进行了研究。使用扫描电子显微镜(SEM)和电阻仪分别研究了不同填料比例以及含量对EP复合材料微观结构和电阻率的影响。结果表明,ATT的加入可以有效增强CB在溶剂中的分散稳定性并促进EP基体中导电网络的形成。当CB与ATT质量比为5∶1时,复合材料的电阻率比不添加ATT时下降了2个数量级;其渗流阈值(1%)(质量分数,下同)小于具有相同填料含量的CB/EP复合材料(1.8%)。最后探讨了ATT对CB/EP复合材料电性能影响的可能机理。     

表面官能团化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

本文首先将多壁碳纳米管(MWNT)进行表面化学修饰,接入羧基、胺基等官能团,采用红外光谱进行了表征.以纯化后的MWNT和表面化学修饰的MWNT作为填料,制备了MWNT /环氧树脂复合材料,研究了MWNT的加入对环氧树脂的力学性能、电学性能、热稳定性和玻璃化转变温度等的影响,并利用场发射电镜观察了胺基化MWNT在环氧树脂基体中的分散情况.     

Al2O3涂层碳纤维/环氧基复合材料的性能研究

采用溶胶-凝胶法在碳纤维的表面涂覆了一层Al2O3涂层,透射电镜分析表明涂层中粒子的大小约为10nm,接触角分析表明涂层后碳纤维的表面张力有大幅提高.通过比较涂层前后碳纤维/环氧复合材料的力学性能发现,Al2O3涂层后复合材料的层间剪切强度,拉伸强度和弯曲强度分别提高了17.7%,4.8%和3.1%.扫描电镜分析表明,Al2O3涂层后的碳纤维与环氧树脂基体的结合更加紧密.且在碳纤维表面形成的Al2O3涂层在350℃～700℃能有效地减缓碳纤维环氧基复合材料的氧化失重速率.     

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。     

超声振荡对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂复合材料导电性能的影响

借助超声振荡工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在VARTM用环氧树脂(EP)中的分散,通过真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺制备了MWNTs/EP复合材料试样并研究试样的导电性能。结果表明,随着超声振荡时间、功率和频率的增大,不同MWNTs添加量的试样导电性能均呈现出先升高后降低的趋势。在超声振荡时间90min、功率80 W和频率45kHz附近分别达到了阈值,MWNTs的添加量仅1%就可以达到降低纯EP表面电阻率(1012Ω·cm)近4个数量级的要求。实验还运用扫描电镜(SEM)证实了MWNTs在EP中的分散情况。     

多壁碳纳米管功能化及其增韧环氧树脂的研究

采用混酸氧化多壁碳纳米管（MWCNTs），然后将其与过氧化丁二酸反应，接着对其进行酰胺功能化处理，并用功能化后的MWCNTs对环氧树脂（EP）进行增韧改性，研究了不同含量MWCNTs对EP力学性能的影响，探讨了其改性机理。研究结果表明，经过功能化处理，MWCNTs表面成功接上了一定数量的酰胺基团，将其加入到EP中可大幅度提高EP的冲击强度，在其用量为1．5wt％时，冲击强度提高了92%,SEM结果显示，加入MWCNTs后印由脆性断裂转变为韧性断裂。     

耐热强韧性环氧树脂基体的性能

本文用脂环族三官能度环氧树脂TDE-85改性双酚A型环氧树脂达到提高耐热性与强韧性的目的。研究了TDE-85含量对树脂基体性能的影响规律,结合动态介电分析法(DDA)确定的固化工艺制备并测试树脂基体性能,实验结果表明,改性环氧树脂体系的力学性能、热性能及冲击强度均有较大幅度的提高,与普通双酚A型树脂相比,相同固化体系作用下拉伸强度、断裂延伸率、弯曲强度及冲击韧性分别提高49.05%、50.0%、36.24%及19.53%;DMA测试结果显示其热稳定性好,Tg提高大于10℃以上,71℃时储能模量E′下降4.5%。并通过红外光谱学进行了分子结构与性能的相关分析。     

聚己内酯/聚硅氧烷/环氧树脂复合体系的形态和耐热性能

利用-OH与-NCO的亲核加成反应,直接合成出端硅氧基封端的聚己内酯-聚二甲基硅氧烷(PCL-TESi/PDMS-TESi).利用合成出的PCL-TESi/PDMS-TESi对环氧树脂进行复合改性,通过sol-gel技术及胺类固化剂与环氧基的交联作用固化复合体系.利用扫描电镜(SEM)、热失重分析(TGA)及在甲苯中的溶胀试验对不同含量的PCL-TESi/PDMS-TESi的复合材料进行了研究.结果表明,随着PCL-TESi/PDMS-TESi含量的增加,体系的交联密度下降.SEM结果表明,此复合体系微观上存在着两相结构,聚己内酯和聚硅氧烷柔性链的引入可显著改善环氧树脂的脆性.当环氧树脂与PCL-TESi/PDMS-TESi以1∶1(质量比)比例复合时,可显著提高体系的耐热性和柔韧性,其5%失重时的热分解温度可达310.2℃,比纯环氧树脂固化体系提高了144.4℃.