环氧树脂/石墨烯/多壁碳纳米管复合材料力学性能研究

以环氧树脂(EP)为基体、石墨烯(GNP)和多壁碳纳米管(MWCNT)为增强材料制备了EP/GNP/MWCNT纳米复合材料,通过拉伸试验考察了GNP与MWCNT的混合比例对复合材料力学性能的影响。结果表明:当GNP与MWCNT的总添加量为0.3%、混合比例为50:50时,EP/GNP/MWCNT纳米复合材料的综合力学性能达到最佳,此时复合材料的弹性模量、拉伸屈服强度、拉伸断裂强度、破坏应变等均达到或接近最大值。     

环氧树脂插层纳米复合材料固化动力学研究

运用自制的有机蒙脱土，采用浇模固化成型法制备环氧树脂／二乙烯三胺／有机蒙脱土纳米复合材料，对固化产物利用XRD（X射线衍射）分析有机蒙脱土的层间距变化，确定产物为插层型的纳米复合材料，并用DSC（差示扫描量热法）跟踪环氧树脂固化行为。运用Kissinger,Flynn-Wall-Ozawa,Crane方法对环氧树脂的固化反应过程进行分析，求出活化能和反应级数等动力学以在数。结果发现，加入有机化蒙脱土后使固化反应活化能和频率下降，从而有利于固化工艺的实现，便于纳米复合材料实际应用。     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用浇铸法制备了不同含量多壁碳纳米管(MWCNT)的MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料。用扫描电镜观察了MWCNT/EP复合材料的微观结构,发现MWCNT均匀分散在EP中。研究了MWCNT/EP复合材料的导电逾渗行为,材料的逾渗值为0.033%。分析了复合材料的动态力学性能,结果表明MWCNT的加入提高了EP的固化交联程度和韧性,同时复合材料的玻璃化转变温度也有提高。     

碳纳米管/环氧树脂体系固化工艺研究

研究了碳纳米管/环氧树脂体系固化过程的工艺条件。结果表明,实验过程中操作温度120℃,固化过程中起始固化温度120℃,固化温度180℃,碳纳米管/环氧树脂复合体系的固化动力学模型为自催化模型。添加碳纳米管会使复合材料的拉伸强度变强,但是当碳纳米管的质量分数达到1.5%时拉伸性能反而会下降。     

环氧树脂/多壁碳纳米管导电复合材料研究

采用不同氧化性的酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行处理,制备了环氧树脂(EP)/MWNTs导电复合材料.研究表明,少量的MWNTs就能使EP的导电性能有很大的提高;HNO3>酸化处理不仅可在MWNTs表面引入活性基团并将MWNTs截短到合适的长度,改善其在树脂中的分散性,而且能有效去除非晶碳杂质,提高MWNTs的导电性,使EP/MWNTs复合材料的导电性能最好,渗流阈值只有0.5%左右;未处理的MWNTs在EP中的分散性较差,复合材料的渗流阈值为1.3%左右;而经混酸酸化处理的MWNTs中存在许多缺陷,且MWNTs的长度变得太短,复合材料的导电性能最差,渗流阈值为1.6%左右.     

酸酐固化环氧树脂/蒙脱石纳米复合材料的合成及固化动力学的研究

以甲基四氢酸酐为固化剂,对环氧树脂／蒙脱石纳米复合材料的合成进行了研究,并对其微观结构进行了表征;此外为进一步优化酸酐固化环氧树脂的工艺条件,本文采用DSC法对其固化动力学进行了研究。微观结构研究结果表明：有机蒙脱石已经以纳米尺度分散在环氧树脂基体中;固化动力学的结果表明：固化反应的表观活化能ΔE=68．52kJ／mol;反应级数n=0．9;凝胶温度Tgel=116．7℃,固化温度Tcure=134.5℃。     

环氧树脂/超支化聚合物修饰碳纳米管复合材料的固化反应动力学研究

采用非等温差示扫描量热法（DSC）研究纯环氧树脂（EP）、环氧树脂/碳纳米管复合材料（EP/MWCNTs）、环氧树脂/超支化聚酯修饰碳纳米管复合材料（EP/MWCNTs-H204）和环氧树脂/超支化聚酰胺修饰碳纳米管复合材料（EP/MWCNTs-N103）4种体系的固化动力学。基于Kissinger方法和Ozawa方法计算了各体系反应的活化能。结果表明：经过超支化聚合物修饰的EP/MWCNTs-H204和EP/MWCNTs-N103体系比未经修饰的其余两个体系,具有较低的表观活化能,说明超支化聚合物的引入对环氧树脂复合材料的固化反应具有显著的促进作用。采用Málek方法得出自动催化模型（Sesták-Berggren）,利用Sesták-Berggren对各体系进行理论计算,提出了描述固化过程的动力学参数和方程式。理论计算结果与实验结果进行对比相似度较高,说明Sesták-Berggren模型可以很好地描述4种不同环氧树脂体系的固化动力学行为。     

多壁碳纳米管在国产碳纤维增强环氧树脂复合材料中应用

研究了一种简易有效的多壁碳纳米管(MWNTs)分散入环氧树脂的方法,对树脂的工艺性进行试验研究;使用碳纤维复丝的力学性能来表征纤维/树脂界面性能和纤维强度转化效果,制备了含MWNTs的环氧树脂/碳纤维预浸料,并对使用此预浸料制备的复合材料单向板进行力学性能测试。结果表明,当MWNTs的用量为E–51的0.5%时,二者混合球磨8 h后配制的树脂溶液适用期大于24 h,黏度小于0.8 Pa·s,树脂浇铸体拉伸强度78 MPa,弯曲强度106 MPa,断裂伸长率4.3%;添加MWNTs之后纤维/树脂结合良好,复合材料单向板拉伸强度提升了7.2%,弯曲强度提升了9.73%,压缩强度提升了6.82%,层剪强度提升了11.54%。     

环氧树脂/改性纳米炭黑复合材料固化动力学

采用差示扫描量热法研究了表面改性纳米炭黑作为填料对环氧树脂非等温固化反应的影响,结果表明,改性纳米炭黑能促进环氧树脂的固化,降低固化反应的起始温度和峰温。运用Ozawa-Flynn-Wall等转化率法研究了复合材料固化活化能与转化率的关系,采用Malek法分析了动力学参数和反应机理。结果表明,固化反应符合两参数（m, n）自催化反应机理,模型预测与实验结果相吻合。     

羧基化多壁碳纳米管对T-1000碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

对多壁碳纳米管进行了表面羧基化处理,将羧基化碳纳米管添加到环氧树脂基体中,通过湿法缠绕工艺制备出具有高性能的T1000碳纤维增强环氧树脂复合材料。结果表明,复合材料的界面性能和耐热性能得到改善,当羧基化碳纳米管质量含量为1％时,复合材料的层间剪切强度提高了近29％。     

二乙烯三胺改性碳纳米管对环氧树脂纳米复合材料力学性能影响研究

采用二乙烯三胺(DETA)对碳纳米管(MWNTs)进行改性,并用X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对其进行表征。发现DETA被有效地包覆在MWNTs表面。并将改性前后的MWNTs与环氧树脂进行复合,采用浇铸成型法制备了MWNTs/环氧树脂纳米复合材料,测试其力学性能,并采用透射电镜(TEM)研究其分散性,扫描电镜(SEM)对其断口进行了分析研究。结果表明,少量的改性MWNTs可以使复合材料的力学性能提高,具有明显的增韧作用。当MWNTs的含量为0.6%时,纳米复合材料的冲击强度与纯环氧体系相比,提高幅度达400%以上,弯曲强度和弯曲模量的提高幅度均达到了100%以上。     

Toughening of cycloaliphatic epoxy resin by multiwalled carbon nanotubes

The toughness of cycloaliphatic epoxy resin 3,4‐epoxycyclohexylmethyl‐3′,4′‐epoxycyclohexane carboxylate (ERL‐4221) has been improved by using multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) treated by mixed acids. The MWCNT/ERL‐4221 composites were characterized by Raman spectroscopy and their mechanical properties were investigated. A significant increase in the tensile strength of the composite from 31.9 to 55.9 MPa was obtained by adding only 0.05 wt % of MWCNTs. And a loading of 0.5 wt % MWCNTs resulted in an optimum tensile strength and cracking energy, 62.0 MPa and 490 N cm, respectively. Investigation on the morphology of fracture surface of the composites by field emission scanning electron microscopy demonstrated the crack pinning‐front bowing and bridging mechanisms of toughening. © 2008 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci, 2008     

环氧树脂固化促进剂的研究

以甲苯二异氰酸酯(TDI)和3-二甲氨基丙胺为单体、甲苯为溶剂,合成了环氧树脂(EP)的固化促进剂——甲苯-2,4-二(N,N′-二甲氨基丙脲)。为了验证自制促进剂的性能,以EP/双氰胺/促进剂为基体,并辅以填料、增韧剂、沉淀硫酸钡和流平剂等助剂,制备了粉末涂料。结果表明:制备促进剂的最佳工艺条件为n(TDI)∶n(3-二甲氨基丙胺)=1∶1.8、3-二甲氨基丙胺/甲苯溶液的滴加时间为1.5 h;当w(促进剂)=2.0%、固化温度为160℃时,粉末涂料的固化时间为6.5 min、胶化时间约100 s,并且其硬度、附着力和柔韧性俱佳,完全满足生产要求和使用要求。     

碳纳米管／环氧树脂复合体系研究

采用熔融混合法,利用超声分散制备了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料。研究了羟基化碳纳米管的添加量对复合材料的反应活性的影响;同时测试了碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料的弯曲性能和电性能,并利用透射电镜对碳纳米管在复合材料中的微观结构进行了表征。结果表明：碳纳米管使复合材料的反应活性有所提高;当碳纳米管含量为1％时,碳纳米管／环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别由纯体系的143．32MPa和3563．76MPa提高到155．79MPa和3690．45MPa,碳纳米管在环氧树脂基体中呈单根分散。碳纳米管使复合材料的体积电阻率和表面电阻率下降2个数量级。     

水性环氧树脂乳化型固化剂固化特性研究

在多元胺中引入环氧树脂(EP),再通过成盐反应,合成出含仲胺盐结构、可乳化液体EP的固化剂;然后采用相反转法制备出稳定的水性EP乳液。结果表明:该固化剂在室温时具有一定的潜伏性(水性EP乳液室温储存期超过14 d),而在较高温度时具有快速固化的特点。仲胺盐的起始分解温度(Ti)约为113℃,当固化温度较低时,仲胺盐热分解反应难以进行,封闭的仲胺基与环氧基的固化反应难以发生,表现为成盐率越高,乳液凝胶时间越长;当固化温度>Ti时,仲胺盐快速热分解后释放出被封闭的活性仲胺基,乳液可快速固化,成盐率对乳液凝胶时间的影响不大。各固化膜均具有较低的吸水率(<3.1%),其耐水性和耐丙酮性能优良,但耐强酸、强碱性能较差且随固化剂成盐率提高而下降。     

碳纳米管改性酚醛树脂固化动力学研究

采用非等温示差法分析了碳纳米管改性酚醛固化反应过程,运用Kissinger和Ozawa法对其进行了动力学研究,得到了反应活化能。结果表明:碳纳米管改性PF树脂的固化反应为吸热反应;相应的峰始温度(Ti)为106.4℃,峰顶温度(Tp)为118.2℃,峰终温度(Tf)为157.6℃,固化体系的表观活化能Ea为111.094 kJ/mol,频率因子为9.56×10-5/s,反应级数为0.965,并得到了固化反应动力学方程。     

二氧化双环戊二烯环氧树脂固化工艺研究

影响二氧化双环戊二烯环氧树脂(DCPDE)固化的主要因素为固化剂、促进剂、固化温度和时间等。采用热重分析(TGA)法、红外光谱(FT-IR)法和X射线衍射(XRD)法等手段对固化物的性能进行表征,系统研究了各因素对DCPDE固化特性的影响。结果表明:DCPDE的固化工艺可采取程序升温的方式,即"120℃/6 h→160℃/6 h→200℃/8 h";以顺酐为固化剂、甘油为促进剂时,DCPDE固化物的热稳定性较高,并且色泽均一;固化体系的最佳配比为n(DCPDE)∶n(顺酐)∶n(甘油)=1∶1∶0.3。     

笼型倍半硅氧烷(POSS)/环氧杂化树脂体系固化反应动力学及性能研究

为了提高环氧树脂的耐热性,采用笼型倍半硅氧烷(POSS)改性双酚A型环氧树脂E51,得到有机无机杂化树脂。采用Ozawa和Kissinger两种方法研究了杂化树脂/4,4′-二氨基苯砜(DDS)体系的固化反应动力学。TGA分析表明,POSS的加入提高了E51/DDS固化树脂体系的热性能。     

新型环氧树脂胶粘剂的固化动力学研究

在不同升温速率下采用非等温差示扫描量热（DSC）技术对一种新型改性环氧树脂胶粘剂的固化反应过程进行了跟踪,并利用Kissinger、crane方程以及Arrhenius方程对该固化反应进行了动力学分析。结果表明,该固化反应的活化能为59.18kJ／mol,反应级数为0．89;结合Dsc谱图确定其固化工艺为130℃／1h＋150℃／2h＋175℃／3h。     

环氧改性氰酸酯树脂固化动力学的研究

采用示差扫描量热法(DSC)对缩水甘油醚类环氧树脂(E-51)与脂环族环氧树脂(R-122)共同改性的双酚A型氰酸酯(BADCy)树脂的固化反应历程进行了研究。由Kisserger方程求得共聚体系固化反应的表观活化能为60.5 kJ/mol,根据Crane理论求得固化反应级数为0.89,接近于1级反应。该体系起始固化温度为132.1℃,峰顶固化温度为168.7℃,终止固化温度为246.0℃。研究表明,环氧树脂可促进BADCy的固化,改性体系可在177℃以下实现较完全固化。