碳纳米管在水泥基复合材料中的分散方法研究进展

碳纳米管(CNTs)作为性能优越的新型纳米材料被广泛用于增强基体材料,但是其易团聚且难以分散,使得实现其在基体材料中的均匀分散成为研究的重点。详细介绍了CNTs在增强水泥基复合材料研究中的分散方法与分散机理,并比较了各种分散方法的优缺点。重点论述了超声时间、酸处理时间、表面活性剂种类与掺量等因素对CNTs分散效果的影响,并讨论了评价CNTs分散效果的表征方法。将CNTs均匀分散到水泥基体中,可以显著提高复合材料的各项力学性能。     

玻璃纤维静电吸附粘土和成核剂增强聚酰胺66复合材料

通过静电吸附方法在玻璃纤维(GF)表面吸附粘土和成核剂,将改性玻璃纤维增强体与聚酰胺66(PA66)熔融共混制备高性能复合材料.通过扫描电子显微镜观察了粘土和成核剂在玻璃纤维表面的分散状态以及玻璃纤维与基体的界面连接.结果表明,在玻璃纤维表面静电吸附粘土和成核剂,不仅有助于粘土的分散,而且可以提高玻璃纤维与基体的界面连接.玻璃纤维表面吸附的粘土和成核剂可以诱导PA66分子链在纤维表面结晶,提高复合材料的力学性能.因此,与传统PA66/GF复合材料相比,在GF表面吸附少量的粘土(0.18wt％)和成核剂(0.07wt％)可以使复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高12.2％和12.8％.     

玻璃纤维静电吸附粘土和成核剂增强聚酰胺66复合材料（英文）

通过静电吸附方法在玻璃纤维(GF)表面吸附粘土和成核剂,将改性玻璃纤维增强体与聚酰胺66(PA66)熔融共混制备高性能复合材料。通过扫描电子显微镜观察了粘土和成核剂在玻璃纤维表面的分散状态以及玻璃纤维与基体的界面连接。结果表明,在玻璃纤维表面静电吸附粘土和成核剂,不仅有助于粘土的分散,而且可以提高玻璃纤维与基体的界面连接。玻璃纤维表面吸附的粘土和成核剂可以诱导PA66分子链在纤维表面结晶,提高复合材料的力学性能。因此,与传统PA66/GF复合材料相比,在GF表面吸附少量的粘土(0.18wt%)和成核剂(0.07wt%)可以使复合材料的拉伸和弯曲模量分别提高12.2%和12.8%。     

硅烷偶联剂对玻璃纤维/聚氨酯复合材料性能的影响研究

采用硅烷偶联剂(KH550)对玻璃纤维进行表面处理,并对改性玻纤进行红外分析,结果证明硅烷偶联剂使玻璃纤维表面基团增加。用改性玻纤制备改性玻纤/聚氨酯复合材料,与原玻纤增强聚氨酯材料的力学性能及泡孔结构进行对比。结果表明:硅烷偶联剂处理能够提高玻璃纤维与聚氨酯基体的界面强度,改善玻璃纤维在聚氨酯基体中的分散情况,使玻璃纤维/聚氨酯复合材料的力学性能提高,同时改善复合材料的泡孔结构。     

不同物相电沉积CNTs对C/SiC复合材料力学性能的影响

采用电沉积法与化学气相渗透(CVI)法将碳纳米管(CNTs)分别引入到碳纤维表面和SiC基体中,制得了不同物相电沉积CNTs的C/SiC复合材料(CNTs-C)/SiC和C/(CNTs-SiC)。研究了CNTs沉积物相对C/SiC复合材料力学性能的影响,分析了不同CNTs沉积物相的C/SiC复合材料的拉伸强度及断裂机制。结果表明:相较于未加CNTs的C/SiC复合材料,CNTs沉积到碳纤维表面的(CNTs-C)/SiC复合材料的拉伸强度提高了67.3%,断裂功提高了107.2%;而将CNTs引入到SiC基体中的C/(CNTs-SiC)复合材料的断裂功有所降低,拉伸强度也仅提高了6.9%,CNTs没有表现出明显的增强增韧效果;C/(CNTs-SiC)复合材料与传统的C/SiC复合材料有相似的断裂形貌特征,断裂拔出机制类似,主要为纤维增强增韧,CNTs的作用不明显。     

超声分散制备天然橡胶/丁苯橡胶/炭黑/碳纳米管纳米复合材料

通过超声分散制备了分散均匀的碳纳米管(CNTs)/天然橡胶母料,利用母料制备了天然橡胶(NR)/丁苯橡胶(SBR)/炭黑(CB)/碳纳米管复合材料。通过比较常规搅拌、双辊混炼和超声分散三种方法对碳纳米管的分散及对复合材料性能的影响,表明超声分散能实现碳纳米管在基体中均匀分散,CNTs和CB的协同作用提高了复合材料的力学性能,当CB/CNTs之比为37/3时力学性能最高,与未加CNTs增强的体系相比,拉伸强度提高了6.4%。当CNTs含量为7phr,与未加CNTs的体系相比,压缩模量提高了20%。     

AlN-CNTs/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

为了研究氮化铝(AlN)和碳纳米管(CNTs)对聚酰亚胺(PI)的导热、热学、力学性能的协同效应,采用湿法球磨和热压成型法制备了AlN/PI和CNTs-AlN/PI复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料进行了物相分析和断面形貌表征,分别考察了AlN及其与CNTs协同对PI复合材料的导热、热学、力学性能的影响。结果表明,AlN和CNTs在PI基体中分散均匀且接触界面良好,AlN的加入可以显著地提高复合材料的导热性能,且对复合材料的热稳定性和力学性能有一定的提高;固定AlN的含量为10%,加入少量的CNTs可以提高复合材料的导热性能,但对复合材料的力学性能有一定的负面影响。     

分散方法对低含量碳纳米管玻纤/环氧层板性能的影响

采用超声波振荡与超声波破碎两种分散方法制备了低含量碳纳米管(CNTs)增强的环氧树脂, 研究了CNTs对树脂流变特性、 固化特性和力学性能的影响。进一步采用该树脂体系通过真空灌注工艺(VARIM)制备了CNTs含量为0.01%的CNTs-玻璃纤维/环氧树脂复合材料层板, 研究了两种分散方式下CNTs对复合材料层板力学性能的影响和CNTs的增强机制。结果表明: 超声波破碎分散使CNTs长度变短, 分散性更好, 与超声波振荡分散方式相比, CNTs对树脂增黏效果和树脂固化反应的影响更明显。采用双真空灌注工艺, 两种超声波分散方式下CNTs均提高了复合材料的弯曲性能、 层间剪切性能和树脂与纤维的粘结强度, 而单真空灌注工艺下CNTs的增强效果不明显, 说明受纤维过滤作用的影响, 选择合适的灌注工艺和CNTs分散方式, 低含量CNTs可实现对灌注工艺复合材料层板的增强。     

碳纳米管/PLA复合材料制备及性能

采用溶液共混法制备纯化和酸化碳纳米管(CNTs)/PLA(聚乳酸)复合膜, 并对CNTs的分散性以及材料的结晶形态、 电性能和降解性能进行了研究。结果表明, 通过SEM观察到经过酸化处理的CNTs能较好地分散在PLA基体中; 在偏光显微镜下能观察到CNTs起到成核剂的作用, 明显细化了晶粒; 加入少量的酸化CNTs能够提高CNTs/PLA复合材料导电性, 体积电阻率下降了7个数量级; 同时, 酸化CNTs能够提高CNTs/PLA复合材料的降解性。     

CNTs强化碳纤维/环氧复合材料界面过渡层及其对界面性能的影响

采用上浆的方法将碳纳米管(CNTs)引入到碳纤维表面,制备CF/CNTs/环氧多尺度复合材料。相比上浆处理前,复合材料的层间剪切强度及弯曲强度分别提高了13.54%和12.88%。采用力调制原子力显微镜及扫描电镜的线扫描功能对复合材料界面相精细结构进行分析。结果表明:CNTs的引入在纤维和基体间构建了一种CNTs增强环氧树脂的界面过渡层。该界面过渡层具有一定厚度,且其模量和碳元素含量呈梯度分布。在固化成型前对含有CNTs的复合材料进行超声处理,促使碳纤维表面的CNTs向周围树脂中分散,发现复合材料的界面过渡层被弱化,其层间剪切强度及弯曲强度较超声处理前分别下降了7.33%和5.34%,验证了CNTs强化的界面过渡层对于提高复合材料界面性能的重要作用。     

碳纳米管浸润剂对碳纤维/环氧树脂界面性能的影响

制备了含碳纳米管(CNTs)的水溶液, 将该水溶液作为浸润剂浸渍碳纤维并进行烘干, 采用扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)研究了CNTs含量及浸润工艺对碳纤维表面CNTs分布的影响, 运用单丝断裂法分析了CNTs浸润剂处理对碳纤维/环氧树脂界面粘结性能的影响和作用机制。结果表明: CNTs可在T700和T300纤维表面黏附, 浸润剂中CNTs含量越高, CNTs在纤维表面含量越高; 对于CNTs含量较低的浸润剂, 采用增加浸润次数的方法, 能有效提高碳纤维表面CNTs的含量和碳纤维表面粗糙度; 经过CNTs浸润剂处理后, 碳纤维/树脂界面处的机械啮合作用增强, 界面粘结强度明显提高, 增幅最高达35.8%。     

碳纳米管含量对碳纳米管/聚丙烯复合材料性能及微结构制品的影响

采用稀释母料的熔融共混方式制备碳纳米管/聚丙烯复合材料(CNTs/PP)并加工出微结构面板.研究不同含量CNTs的复合材料的结晶行为、力学性能以及流变性能,得到CNTs对聚合物的增强机理,开拓CNTs复合材料在微结构制品方面的应用.结果表明:采用稀释母粒的方式,CNTs在PP基体中分散相对均匀;CNTs的加入会抑制β晶的形成,降低在(040)晶面取向度;同时也会使复合材料的结晶度从60.36％降低到53.17％.随着CNTs含量的增加,CNTs/PP复合材料的弹性模量可以提高近43％,拉伸强度可以提高近26％.CNTs含量为1wt％时,其冲击强度最高.在低剪切速率下CNTs能显著提高复数粘度,剪切速率越高,复数黏度对CNTs含量的依赖性越低.在纯PP中添加CNTs后,剪切应力明显提高,且随剪切速率的增大呈同步变化趋势.综合结果分析,选择CNTs含量低于3％进行微结构加工较为适宜.     

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

玻璃纤维增强热塑性有机复合材料界面强度及其对材料力学性能的影响

本文研究了 BK-10玻璃纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯两种热塑性有机基复合材料中纤维与基体界面强度的测量、控制及其对复合材料性能的影响。用有机硅烷耦联剂涂覆纤维表面可以提高纤维与基体的界面强度并相应提高复合材料的力学性能。实验发现四种基体纤维界面破坏形式分别存在于界面强度强和弱的韧性和脆性基体复合材料体系中。选用折光率相匹配的基体和纤维,适当控制制备工艺可以制备出光学透明的复合材料。     

球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。     

CNTs含量对CNTs/Al微观组织及力学性能的影响

为增加碳纳米管(CNTs)在铝基体中的分散性,利用机械球磨-真空热压烧结工艺制备碳纳米管/铝(CNTs/Al)复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子万能试验机和万能摩擦磨损实验机,研究了CNTs质量分数对CNTs/Al复合材料微观组织、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:CNTs经超声波预先分散后分散性增加;当CNTs质量分数为2.0%时,复合材料中CNTs与Al粉之间表现出较好的相容性;随着CNTs含量进一步增加,CNTs团聚现象严重;热压烧结温度600℃时,随着CNTs添加量的增加,铝基复合材料的屈服强度和抗拉强度呈现出明显的先增大后降低的趋势,同时,CNTs/Al复合材料的摩擦因数和磨损率随CNTs含量的增大先减小后增加;CNTs质量分数为2.0%时,复合材料的屈服强度最大值为116 MPa,抗拉强度最大值为245 MPa,与纯Al基体相比,分别提高了78%和1.9倍.2.0%CNTs/Al复合材料可获得较好的摩擦磨损性能,其摩擦系数和磨损率呈现平缓趋势,复合材料的磨痕最浅.     

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%。     

机械混炼对碳纳米管/丁苯橡胶复合材料的影响

为研究机械混炼对碳纳米管(CNTs)/粉末丁苯橡胶(SBR)复合材料性能的影响,从而获得性能优异的CNTs/SBR复合材料,联合采用喷雾干燥法和机械混炼法,制备高填充量CNTs/SBR复合材料.将喷雾干燥法制备的CNTs/粉末SBR复合材料在开炼机上机械混炼,对比分析混炼前后试样的物理和力学等相关性能,并对其微观形貌进行检测.结果表明,机械混炼使CNTs获得进一步的分散,与SBR基体间作用力得到增强,与混炼前相比,混炼后试样的玻璃化转变温度、交联度和常规力学性能均得到提高,当CNTs加入量为50phr时,混炼后复合材料的拉伸强度和撕裂强度分别为13.1MPa和39.8kN/m,比混炼前试样分别提高了约80%和20%.     

纳米SiO2改性环氧树脂及其复合材料性能研究

先采用机械搅拌和超声分散方式在环氧树脂中分散纳米SiO2微粒,通过扫描电镜表征断面的形貌来分析纳米SiO2分散效果,再采用力学性能测试,研究纳米SiO2对环氧树脂及其玻璃纤维增强复合材料性能的影响,结果表明,超声分散效果明显优于机械搅拌分散;纳米SiO2含量对分散效果、环氧树脂及其复合材料力学性能具有显著影响;采用超声分散的1%(质量分数)纳米SiO2改性环氧树脂浇铸体的弯曲强度比未改性的提高了21.2%,其玻璃纤维增强复合材料的弯曲和拉伸强度分别提高了9.7%和7.9%,但层间剪切强度则降低了10.6%。     

碳纤维表面原位固相协同生长纳米碳管

在碳纤维(CF)表面直接原位生长碳纳米管(CNTs),可有效避免CNTs分散不均的问题,充分发挥二者的优势,对获得高层间性能的碳纤维增强树脂基复合材料(CNTs-CF/EP)具有重要的意义。本文对CF进行表面改性处理,在CF表面负载催化剂粒子,然后通过原位生长法并在助催化剂噻吩的协同作用下,在CF表面固相生长了CNTs。此方法得到的CNTs-CF,不仅有效避免CNTs在基体中的相互缠绕、难以分散等问题。而且由于生长CNTs的碳源主要来自CF,二者结合强度较高,对提高CNTs-CF/EP的层间性能非常有利。借助于SEM、XRD及FT-IR等分析测试手段,研究了催化剂Ni(NO_3)_2·6H_2O浓度对表面长有CNTs的CF的形貌、结构及其性能的影响。结果表明:在适当的催化剂浓度(0.2mol·L~(-1))负载中,CF表面能够生长出结合牢固、垂直生长且均匀分布的CNTs,但力学性能有所下降。