碳纳米管的功能化及其环氧树脂纳米复合材料性能研究

采用长径比不同的羧基功能化碳纳米管(C-MWCNTs)和环氧基功能化碳纳米管(E-MWCNTs)对环氧树脂进行改性。利用扫描电子显微镜表征功能化前后MWCNTs在丙酮中的分散情况以及复合材料冲击断面的微观形貌,利用傅里叶红外光谱仪对功能化前后MWCNTs进行表征,测试了复合材料的力学性能和热性能。结果表明:当C-MWCNTs_(1020)、C-MWCNTs_(4060)掺杂量分别为0.6%和0.8%时,复合材料的冲击强度达到最大值,比未掺杂MWCNTs的环氧树脂分别提高了54.9%和60.8%;在MWCNTs掺杂量相同时,E-MWCNTs_(4060)/EP的力学性能和热性能均优于C-MWCNTs_(4060)/EP。     

碳纳米管、蒙脱土共掺杂环氧树脂复合材料介电性能研究

本文以双酚A型环氧树脂(EP)为基体,利用酸化处理的多壁碳纳米管(C-MWNTs)及有机化蒙脱土(O-MMT)共同对环氧树脂进行改性,并采用溶液共混法制备EP/C-MWNTs/O-MMT复合材料。用FT-IR及SEM对处理前后的碳纳米管及蒙脱土进行表征,并对所制备的复合材料介电性能进行测试,分析并探求碳纳米管掺杂量对EP/C-MWNTs/O-MMT复合材料介电性能的影响。测试结果表明,加入少量C-MWNTs及适量O-MMT的EP/CMWNTs/O-MMT复合材料的体积电阻率与未改性EP相比仅下降了1个数量级,同时其击穿场强稍有提高;纳米组分与环氧树脂基体形成的界面对偶极极化有一定的抑制作用,可降低改性后EP复合材料的介电常数,当O-MMT掺杂量为6.0wt%、C-MWNTs掺杂量为0.3 wt%时复合材料的介电常数可降至2.9,而复合材料的介电损耗并无明显变化。     

功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料性能研究

采用羧基功能化碳纳米管(C–MWNTs)和环氧基功能化碳纳米管(E–MWNTs)改性环氧树脂。利用扫描电子显微镜观察碳纳米管功能化前后的形貌变化,分析碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的冲击断面形貌,测试了复合材料的力学性能和介电性能。结果表明:环氧基功能化碳纳米管与环氧树脂基体作用力更强,当E–MWNTs和C–MWNTs在复合材料中的掺杂量分别达到1.0wt%和0.7wt%时,E–MWNTs/EP复合材料和C–MWNTs/EP复合材料的冲击强度较未掺杂环氧树脂分别提高了52.2%和39.9%,当碳纳米管掺杂量为0.7wt%时,两体系的弯曲强度与未掺杂环氧相比分别提高了35%和26%。探讨了碳纳米管增韧环氧树脂的机理。不同方法处理的碳纳米管对环氧树脂复合材料的介电常数和介电损耗影响程度不同。     

SiO_2@MWNTs的制备及SiO_2@MWNTs/EP复合材料电性能的研究

采用羧基功能化碳纳米管(C-MWNTs)和二氧化硅功能化碳纳米管(SiO_2@MWNTs)对环氧树脂(EP)进行改性,利用扫描电镜(SEM)对碳纳米管在溶剂中的分散情况进行观察,利用透射电镜对MWNTs的包覆情况进行观察,利用傅里叶红外光谱仪对两种功能化的MWNTs进行表征,测试了复合材料的电气强度、介电常数、介质损耗、体积电阻率。结果表明:SiO_2@MWNTs/EP复合材料的体积电阻率较C-MWNTs/EP复合材料的体积电阻率上升了4个数量级;SiO_2@MWNTs/EP和C-MWNTs/EP复合材料的介电常数较EP均降低;SiO_2@MWNTs/EP复合材料的介质损耗较C-MWNTs/EP复合材料降低;当MWNTs的质量分数为0.5%时,SiO_2@MWNTs/EP复合材料的电气强度达到最大值21.5 k V/mm,同时SiO_2@MWNTs/EP复合材料的绝缘性能优于C-MWNTs/EP复合材料。     

功能化掺杂对交联环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能影响的分子动力学模拟

为探究不同功能化碳纳米管掺杂对环氧树脂/碳纳米管复合材料热力学性能的影响,基于分子动力学模拟方法,建立掺杂功能化碳纳米管(CNT)的环氧树脂(EP)基纳米复合材料:纯环氧树脂模型及分别掺杂未功能化、氨基功能化、羧基功能化和羟基功能化的七种EP/CNT模型(其中,功能化CNT分别接枝4或8个官能团).基于上述模型,在LAMMPS下计算热扩散系数(热导率和比热容)、玻璃转化温度及力学性能.结果表明,掺杂碳纳米管的环氧树脂纳米复合材料的各性能都有不同程度的提升,掺杂接枝8个官能团碳纳米管的EP/CNT性能提升均明显高于掺杂接枝4个相对应官能团EP/CNT的性能.其中,EP/AFCNT8在热导率、热扩散系数及力学性能上提升最明显,整体热导率和热扩散系数分别提升了54.92％和67.30％;EP/HFCNT8具有最大玻璃转化温度,提升幅度为69.47K,EP/AFCNT8提升幅度仅次于EP/HFCNT8,为58.97K.在400K时,EP/CFCNT8具有体积模量和杨氏模量最明显的提升,分别为52.4％、35.5％;因为氨基与环氧基体的交联反应,EP/AFCNT8各模量整体上提升较为明显,可更好地保持良好的力学性能.     

SiO_2@MWCNTs/EP纳米复合材料性能研究

首先通过溶胶-凝胶法将纳米二氧化硅(Si O_2)包覆在羧基化处理后的多壁碳纳米管(MWCNTs)表面,形成具有核壳结构的Si O_2@MWCNTs纳米尺度增强体,再将Si O_2@MWCNTs核壳结构引入到环氧(EP)酸酐固化体系中制备了Si O_2@MWCNTs/EP复合材料,研究Si O_2@MWCNTs对复合材料力学性能和热性能的影响。结果表明:碳纳米管表面成功包覆了一层厚度约为24 nm的Si O_2,包覆处理后的碳纳米管在环氧树脂中的分散性显著提高;当Si O_2@MWCNTs掺杂量为0.5%和0.7%时,复合材料的冲击强度和弯曲强度分别达到最大值,比未改性的环氧树脂分别提高了101.4%和32.6%,同时复合材料的热稳定性也显著提高,说明包覆Si O_2能有效提高MWCNTs的改性效果。     

环氧接枝多壁碳纳米管改性环氧树脂复合材料的热学与耐电烧蚀性能研究

通过硅烷偶联剂将环氧链段接枝到多壁碳纳米管表面,再将其加入环氧树脂中制备了环氧接枝多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,并对环氧树脂及其复合材料的力学、热学和耐电烧蚀性能进行了研究。结果表明:接枝环氧链段的多壁碳纳米管和树脂基体有较好的界面相容性,环氧接枝多壁碳纳米管的加入使复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了52.98%和72.86%。随着环氧接枝多壁碳纳米管质量分数的增加,复合材料的玻璃化转变温度和热导率均有所提高,在质量分数为0.8%时分别提高了11.15℃和37.57%。较低填料含量下,环氧接枝多壁碳纳米管的加入对环氧复合材料的耐电烧蚀时间影响不大,环氧接枝多壁碳纳米管质量分数为0.05%的复合材料平均耐电烧蚀时间比纯环氧树脂增加了5 s。     

环氧树脂/功能化氮化硼纳米片复合电介质的制备及性能研究

采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）对氮化硼纳米片（BNNS）进行表面改性,然后将其掺入环氧树脂基体中,制备了环氧树脂/功能化氮化硼纳米片（EP/BNNS-KH560）复合材料。对功能化氮化硼纳米片的结构及形貌进行测定,并对EP/BNNS-KH560复合材料的性能进行研究。结果表明：BNNS表面成功接枝KH560,在透射电子显微镜下展现出透明薄层结构;宽能级间隙的BNNS-KH560填料的加入可以保持复合材料的高电绝缘性、优异的介电性能和力学性能,使其热稳定性提高,并能在环氧树脂基体中形成良好的导热通道,有效改善复合材料的导热性能。当复合材料中BNNS-KH560质量分数为20%时,复合材料的导热系数可达到0.51 W/(m·K)。     

混酸功能化方法对碳纳米管/环氧树脂复合材料电导性能的影响

采用原始多壁碳纳米管(R-MWCNT)通过混酸法制备了羧基功能化多壁碳纳米管(C-MWCNT),然后制得碳纳米管/环氧树脂(MWCNT/EP)复合材料,并研究了其电导性能。结果表明:在一定温度与场强下,多壁碳纳米管含量相同时,C-MWCNT/EP的体积电阻率比R-MWCNT/EP高8~11个数量级;R-MWCNT/EP的渗流阈值约为0.03%,而C-MWCNT/EP未出现渗流现象;R-MWCNT/EP的电流密度-场强(J-E)曲线呈现明显的非线性变化,符合场致发射特征。混酸功能化前后复合材料的介电性能变化较大,该方法主要通过切断碳纳米管并改变碳纳米管与基体的界面性质从而影响复合材料的介电性能。     

超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂的介电特性

为改善纳米SiO_2与环氧树脂(EP)的界面性能及复合材料的介电参数,通过超支化聚酯协同偶联剂处理对纳米SiO_(2.)进行表面接枝,制备不同配比的纳米SiO_2/EP复合材料,研究不同改性方式及SiO_2含量下复合材料的介电特性。X射线光电子能谱及傅里叶红外光谱分析表明,端羧基超支化聚酯经100℃、40 min共混反应可成功接枝至纳米SiO_2表面;材料断面扫描电镜分析表明,质量分数为10%掺杂时,经超支化表面接枝改性的纳米SiO_2在EP溶液中不易团聚;热刺激去极化电流测试表明,纳米复合材料内部出现0.86～1.15 eV深陷阱;质量分数为7%掺杂比例下,复合材料的交流击穿电场强度比单纯偶联剂改性方式提高了19%;质量分数为5%掺杂比例下,工频下材料的介质损耗因数和介电常数分别下降至0.58%和4.38;研究结果表明超支化聚酯处理可在纳米SiO_2表面引入超支化基团。长链自由基的引入可抑制纳米SiO_2团聚,增强无机粒子与环氧基团的结合强度,并在纳米SiO_2/EP界面区域引入深陷阱,进而显著改善复合材料的介电特性。     

等离子体氟化协同偶联剂改性纳米SiO2/环氧树脂电气性能

纳米SiO2填料与环氧树脂基体界面效应差,限制了复合材料电气性能提升.为此采用CF4/N2等离子体协同偶联剂改性纳米SiO2填料,改变其在基体中界面特性,制备了不同质量分数的纳米SiO2/环氧树脂复合材料.对复合材料的化学组分、表面形貌、闪络电压和击穿场强等进行测试.测试表明:氟元素以CF2为主要形式存在改性SiO2表...     

Fenton试剂作用下PVP接枝碳纳米管及其环氧复合材料的制备与性能研究

为提高碳纳米管（CNTs）在环氧树脂（EP）纳米复合材料中的分散性以及两者的界面相互作用,从而制备综合性能优良的EP纳米复合材料,本研究在Fenton试剂作用下通过共价键作用将PVP高分子链接枝到CNTs表面,研究改性CNTs在乙醇和丙酮中的分散性,然后将改性后的CNTs与EP复合制备得到纳米复合材料,并对纳米复合材料...     

多壁碳纳米管协同改性及高介电纳米复合材料的制备

以硬脂酸(SA)和铝酸酯(ACA)为改性剂,十二烷基苯磺酸钠(SDBS)为表面活性剂对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行协同改性。然后以改性碳纳米管为填料,硅橡胶(SR)为基体,通过溶液共混方法制备了MWCNTs/SR复合材料,研究协同改性对MWCNTs/SR复合材料性能的影响。由SEM表征可知,协同改性后碳纳米管在复合材料中的分散性得到改善。通过TGA表征发现,碳纳米管经协同改性之后能显著提高复合材料的热稳定性,与未改性MWCNTs/硅橡胶复合材料相比,其分解温度(T(onset))由438.9℃提高到473.2℃。在100 Hz条件下,MWCNTs/SR复合材料的介电常数由270增至970,增幅高达259%。经协同改性制备的复合材料具有更高的介电常数,且介质损耗基本不变。     

环氧树脂/氮化硼微纳米复合材料的导热与电气绝缘性能研究

以环氧树脂(EP)为基体,采用行星共混法制备了不同质量分数的微米BN/EP复合材料(EPM)和纳米BN/EP复合材料(EPN),分析了BN微、纳米填料对复合材料导热性能和电气绝缘性能的影响及其机理。结果表明:相同的BN质量分数下,EPN比EPM具有更高的热导率。EPM和EPN的电气强度随BN质量分数的提高先增大后减小,在相同BN质量分数下,EPN比EPM具有更高的电气强度;EP、EPN以及EPM的介电常数(εr)和介质损耗因数(tanδ)均随温度的升高而增大;同一温度下,EPM和EPN的εr均大于EP,而tanδ均小于EP。在80℃以下,EPM和EPN与EP的电导率相差不大;而在80℃以上,EPM和EPN的电导率显著低于EP,并且相同BN质量分数的EPN电导率明显低于EPM。BN微纳米填料的填充可显著提高环氧树脂的导热性能和高温下的电气绝缘性能。     

不均匀电场下纳米氧化锌改性环氧树脂的绝缘特性

为研究纳米ZnO掺杂对环氧树脂复合材料绝缘特性的影响,以纳米ZnO改性双酚A型环氧树脂材料为研究对象,考察了不同掺杂量下复合材料直流电导、介电常数等绝缘特征参数的变化趋势;并利用针板电极系统,分别对ZnO/环氧和SiO_2/环氧复合材料进行了起始局放电压对比测试。研究发现,当纳米ZnO质量分数15%时,复合材料开始呈现非线性电导特性,复合材料介电常数也发生显著变化,质量分数为30%时其电导非线性系数可达到18.7,介电常数则可上升至5.9。相同电极结构下,纳米ZnO/环氧复合材料的起始局放电压显著高于SiO_2/环氧复合材料,ZnO质量分数为15%时起始局放起始电压达到最大值,分别比无掺杂树脂及纳米SiO_2掺杂树脂提高了33%和22%。研究表明,纳米ZnO粒子的引入显著提高了环氧树脂复合材料的绝缘性能,纳米ZnO粒子的界面效应和非线性电导特性在改善复合树脂绝缘特性方面发挥了主要作用。     

氟化协同高分子助剂调控环氧复合材料绝缘性能机制

偶联剂作为常用小分子界面改性助剂,在等离子体作用下,其界面相容性易受影响。为进一步调控填料与环氧树脂基界面特性,采用端羧基超支化聚酯(carboxyl-terminated hyperbranched polyester, CHBP)对纳米SiO₂进行大分子链包覆,再协同等低温离子体对填料进行氟化接枝。对比分析不同改性方式下环氧复合材料化学组分、微观形貌、电荷特性及沿面闪络特性。实验结果表明：相比偶联剂预处理,经超支化表面接枝改性的纳米SiO₂与环氧基体间界面相容性更好,氟化协同改性后,其在基体内团聚尺寸较KH550/氟化改性显著减少。掺杂质量分数3%的CHBP/氟化改性填料,可有效减少高压电场下环氧复合材料的平均电荷密度,抑制空间电荷积聚及跨界面输运,其沿面闪络发展得到有效抑制,闪络电压分散性有所降低。其击穿场强最大值达到40.88 kV/mm,相较于同质量分数的CHBP改性,KH550/氟化改性试样分别提高了12.34%、20.13%。氟化协同高分子助剂接枝改性作为可行有效方法,为填料改性提供了新研究思路。     

氟化改性石墨烯纳米片对环氧树脂复合材料沿面耐压性能的影响EI北大核心CSCD

环氧树脂(epoxy resin,EP)的氟化纳米改性是提升复合绝缘材料沿面耐压性能的重要手段。该文对石墨烯纳米片(graphene nanoplatelets,GNPs)分别进行等离子体氟化、化学氟化与等离子体–化学协同氟化3种不同形式的改性处理,探究不同氟化方式对含氟界面层的影响,并揭示其对EP复合材料直流沿面耐压性能的提升机理。结果表明:3种氟化石墨烯纳米片均对EP复合材料沿面闪络电压有提升效果。进一步对EP复合材料表面电荷消散情况及陷阱分布特性进行分析,发现不同接枝形式的GNPs对EP复合材料沿面耐压性能的提升机制存在差异。填料GNPs与EP基体间有效键合作用的形成,可以促进电荷沿GNPs的输运,从而影响EP复合材料的沿面耐压性能。     

蒙脱土改性环氧树脂复合材料的制备及性能研究

通过把有机蒙脱土(oMMT)分散到环氧树脂(EP)中制备出环氧树脂/有机蒙脱土(EP/oMMT)纳米复合材料.利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对EP/oMMT纳米复合材料的微观结构进行了分析表征,利用热重分析仪、马丁耐热试验仪、冲击试验仪和介损分析仪测试了该复合材料的耐热性能、机械性能和介电性能.结果表明:有机蒙脱土以球形和蜷曲带形两种形态存在于树脂基体中,平均尺寸为20nm;混合温度为90℃时所得复合材料中oMMT的分散性较好,EP和oMMT的两相界面粘接也较好,复合材料的马丁耐热温度和冲击强度比未改性树脂分别提高了10℃和31.6%.复合材料的冲击强度随蒙脱土含量的增加而提高,并在蒙脱土含量为2phr时达到最大值23.6kJ/m2;通过研究复合材料的两相结构与冲击韧性的关系,推断出蒙脱土增韧环氧树脂的增韧机理为基体的剪切屈服机理;复合材料的介电常数(εr)和介电损耗角正切(tanδ)均有所降低,εr随温度的变化趋势与未改性环氧树脂相似,而蒙脱土的加入延缓了tanδ随温度增加而增大的速率.     

添加二氧化硅纳米颗粒对环氧树脂介电和空间电荷特性的影响

为研究纳米颗粒对环氧树脂(epoxy resin,ER)介电和空间电荷特性的影响,以环氧树脂为基体材料,纳米二氧化硅(silicon dioxide,SiO_2)为填料,制备了SiO_2纳米颗粒质量分数在0～5%范围内的ER/SiO_2纳米复合电介质。测试和研究了复合电介质在不同频率下的介电特性和直流场强为33 k V/mm下的空间电荷行为。当SiO_2纳米颗粒的质量分数为0.5%和1%时,复合电介质可以获得较低的介电常数和介质损耗,同时有效抑制了同极性空间电荷在电极界面处的积累及注入;当SiO_2纳米颗粒的质量分数为2.5%和5%时,复合电介质在低频区域介电常数和介质损耗均比纯环氧树脂高,但在高频区域变化不明显,同时在电极界面处的空间电荷积累显著增加、注入明显。研究结果表明:纳米颗粒含量较低时ER/SiO_2复合电介质介电和空间电荷性能得到提高,是由于受到环氧树脂基体和纳米粒子之间的界面区影响,界面区是改善环氧树脂纳米复合材料电性能的关键因素。     

改性氮化硼/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用多巴胺盐酸盐对氮化硼(BN)进行表面改性,然后在BN表面沉积银纳米粒子,得到复合填料Ag@BN。以Ag@BN填充环氧树脂制备复合材料,研究填料改性、含量对复合材料导热性能、介电性能的影响。结果表明:改性后的BN微粒能均匀地分散在环氧树脂体系中,当Ag@BN质量分数为50%时,Ag@BN/EP复合材料的热导率达到1.321 W/(m·K),较纯环氧树脂材料提高了275%,同时1 kHz下复合材料的介电常数提高至10.8,介质损耗因数维持在0.5以下。