环氧树脂纳米复合材料界面及其对电性能影响分析

实验分别采用混酸、环氧大分子、硅烷偶联剂(KH560)对多壁碳纳米管(MWCNTs)表面进行改性制得酸化碳纳米管(C-MWCNTs)、环氧功能化碳纳米管(E-MWCNTs)、硅烷偶联化碳纳米管(Si-MWCNTs),将改性后的MWCNTs和有机化蒙脱土(O-MMT)通过溶液共混的方式与环氧树脂(EP)制备成环氧树脂纳米复合材料。通过分析试样的冲击实验数据、断面形貌以及MWCNTs的红外光谱来确定不同功能化方式处理的MWCNTs对纳米复合材料中界面区域的影响。借鉴界面势垒模型分析界面区域对纳米复合材料电性能的影响。分析结果表明,Si-MWCNTs、E-MWCNTs与环氧树脂的界面结合强度大于C-MWCNTs。当纳米掺杂组分质量分数相同时,Si-MWCNTs/EP中界面区域大于E-MWCNTs/EP中界面区域。当Si-MWCNTs在基体中分散均匀时,随Si-MWCNTs的质量分数的增加,Si-MWCNTs/EP中自由体积增加,键合区域对偶极极化限制性增强,二者共同促进Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的介电常数和介质损耗的降低,过渡区域陷阱密度增大,Si-MWCNTs/EP纳米复合材料的击穿强度得到提高。O-MMT的加入减弱了MWCNTs在基体中的团聚,使MWCNTs/O-MMT/EP的电导率降低。