混杂功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)分别进行共价、非共价和混杂功能化改性, 然后采用溶液共混法, 将三种功能化类型的MWCNTs按不同质量分数分别加入环氧树脂(EP)制备MWCNTs/EP复合材料。通过拉伸试验和热重分析, 研究MWCNTs的功能化类型及含量对复合材料力学性能和热学性能的影响, 并对复合材料拉伸试件断面进行SEM观察分析。结果表明: 与共价功能化复合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共价功能化复合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比, 混杂功能化复合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力学性能和热学性能最佳。当MWCNTs质量分数为0.3%时, 其拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率较纯EP分别提高30%, 62%和26%。      

氧化石墨烯/碳纳米管协同改性环氧树脂的制备与性能

先用改进的水热法,经超声剥离制备氧化石墨烯(GO),并采用两相萃取法将制得的GO萃取到环氧树脂基体(EP)中;再用超声分散及热催化反应的方法将羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs)分散到甲基六氢苯酐(MHHPA)中,然后将GO/EP复合材料与MWCNTs/MHHPA混合制得GO-MWCNTs/EP复合材料。利用扫描电镜对该复合材料断面形貌进行表征,并进行了力学性能测试及动态力学分析测试。结果表明,复合材料的力学性能和热稳定性较纯环氧明显提高。当GO加入量为0.1%,MWCNTs含量为0.4%时,材料的冲击强度最高,强度值为84.22kJ/m2,提高了137%;拉伸强度提高了48.4%;断裂伸长率增加了97.9%。表明GO-MWCNTs对环氧树脂具有协同增强、增韧的协同效应。     

石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能

为了提高环氧树脂的低温力学性能,采用石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNTs)协同改性环氧树脂,系统研究了石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料的室温(RT)和低温(77K)力学性能。结果表明:当石墨烯的质量分数为0.1wt%,MWCNTs的质量分数为0.5wt%时,纳米填料的加入可同时改善环氧树脂的低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度;在此最佳含量下,石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料在RT和77K时的拉伸强度皆达到最大值,比纯环氧树脂的拉伸强度分别提高了11.04%和43.78%。石墨烯和MWCNTs能协同提高环氧树脂的低温力学性能。     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

分别通过超声共混法和原位还原法制备了石墨烯/环氧树脂复合材料。利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料中,氧化石墨烯已经被成功地还原为石墨烯,并且石墨烯具有良好的分散性。力学性能测试结果表明,两种方法制备的复合材料的力学强度较纯环氧树脂明显提高。当石墨烯的量为m(GO)/m(EP)=0.3/100时,超声混合法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约29.2%和1.4%;而原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约40.5%和9.4%。     

MWCNTs对环氧树脂及多尺度MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

通过对胺基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH₂）进行改性,得到改性MWCNTs悬浮液（MWCNTs-NH₂（M））。分别将羧基化MWCNTs （MWCNTs-COOH）和MWCNTs-NH₂（M）分散在环氧树脂（EP）中,采用热熔法制备了多尺度MWCNTs-碳纤维（CF）/EP复合材料。研究了MWCNTs对EP模量、韧性及EP与CF之间界面黏结强度的影响,并分析了MWCNTs与CF上浆剂的作用,评价了多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料的力学性能。结果表明：官能团化的MWCNTs可对EP的模量和韧性起到更好的增强作用。MWCNTs接枝的-COOH或-NH₂可与CF上浆剂中的环氧基团发生化学反应,提高EP与CF之间的界面剪切强度。MWCNTs-NH₂（M）对多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料力学性能的增强效果优于MWCNTs-COOH,当MWCNTs-NH₂（M）的含量为1wt%时,多尺度复合材料的0°压缩强度、90°压缩强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击后压缩强度（CAI）分别提高了16.7%、16.3%、40.9%、30.3%、20.6%。     

静电植绒法处理多壁碳纳米管改性玻纤织物/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

为提高玻纤增强环氧树脂复合材料的力学性能,采用静电植绒法将多壁碳纳米管(MWCNTs)附着在玻纤织物表面,得到改性的玻纤织物。利用一种低黏度的环氧树脂和所制得的改性织物,采用真空辅助成型工艺(VARI)制备了MWCNTs改性格玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板,表征了层合板的力学性能。对进行力学实验后的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料试样断口进行了SEM和OPM观察。结果显示:与未添加MWCNTs的玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板相比,添加了MWCNTs的层合板的拉伸强度降低了10.24%,弯曲强度降低了13.90%,压缩强度降低了17.33%,拉伸模量和弯曲模量分别提高了19.38%和16.04%,压缩模量提高了13%;MWCNTs与玻纤织物之间的结合较弱,在拉伸作用下,存在明显的脱粘和分层;将改性玻纤织物在200℃下热压处理2h后,制备的MWCNTs改性玻纤织物/环氧树脂复合材料层合板的力学性能均有所提高,热压处理后树脂与玻纤织物之间的界面结合得到改善。     

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。     

超高分子量聚乙烯纤维的液相氧化改性及其环氧树脂基复合材料的力学和摩擦性能

为增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维与环氧树脂(EP)基体之间的界面粘结强度,采用重铬酸钾溶液对UHMWPE纤维进行表面改性并制备UHMWPE纤维/EP复合材料。结果表明,UHMWPE纤维经液相氧化后表面刻蚀痕迹明显,表面粗糙度明显增加,结晶度增加了11.3%,与乙二醇的接触角减小了14.12°。与纯环氧树脂相比,纤维含量为0.4%的未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低18.04%,纤维含量为0.6%的液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的拉伸强度降低51.55%,未改性UHMWPE(纤维含量0.5%)和液相氧化改性UHMWPE(纤维含量0.4%)纤维/EP复合材料的冲击强度分别提升了3.29%和4.39%。当纤维含量为0.3%时,液相氧化改性UHMWPE纤维/EP复合材料的弯曲强度比纯环氧树脂增加6.55%,比未改性UHMWPE纤维/EP复合材料增加19%。当纤维含量由0增大到0.5%时,改性和未改性UHMWPE纤维/EP复合材料的摩擦系数先增加后减小。     

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%。     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物共改性环氧树脂三元复合材料性能

采用多壁碳纳米管(MWCNTs)和丙烯酸酯嵌段共聚物(ACRBC)协同改性制备了多壁碳纳米管-丙烯酸酯嵌段共聚物/环氧树脂(MWCNTs-ACRBC/EP)三元复合材料。通过FTIR、 XPS和SEM对强酸处理后的MWCNTs的性能进行表征,利用DSC法对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化反应参数进行表征,采用DMA对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的耐热性进行表征,采用电子力学试验机对MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能进行测试。结果表明:强酸处理后在MWCNTs表面成功形成反应官能团。采用150℃×1 h+180℃×3 h作为MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的固化工艺, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的玻璃化转变温度可达197.5℃,提高了13.3%, MWCNTs-ACRBC/EP复合材料的力学性能提高,抗弯强度为144 MPa,弯曲模量为3662 MPa,冲击强度为19.5 kJ/m^2。     

改性凹凸棒土-氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的力学性能和热电性能

分别用硅烷偶联剂KH560改性凹凸棒土(Attapulgite，ATP)和氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)，并将其复合制备ATP-GO复合物。以环氧树脂(Epoxy，EP)为基体，采用原位聚合法制备ATP-GO/EP复合材料。采用SEM和FTIR对ATP-GO复合物的形貌和化学结构进行表征。结果表明:ATP与GO成功键合并附着在GO表面；ATP-GO的加入，提高了EP的冲击强度、弯曲强度和热稳定性，降低了其介电常数和介电损耗。3wt%ATP-0.5wt%GO/EP复合材料的弯曲强度和冲击强度分别为138.58 MPa和20.80 kJ/m2，比纯EP分别提高了75.5%和351.6%，而其介电常数和介电损耗分别低至3.36和0.0118，比纯EP降低了7.7%和27.3%。      

Influence of ultrasonic dual mixing on thermal and tensile properties of MWCNTs-epoxy composite

Multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) reinforced epoxy based composites were fabricated by using an innovative ultrasonic dual mixing (UDM) process consists of ultrasonic mixing with simultaneous magnetic stirring. The effect of addition of varying amount of MWCNTs on thermal stability and tensile properties of the epoxy based composite has been investigated. It is found that the thermal stability, tensile strength and toughness of the epoxy base improves with the increase of MWCNTs addition up to 1.5 wt.% and UDM processing at certain capacity of the system. Tensile tests and thermal gravimetric analysis (TGA) were performed on each group of composites containing different amount of MWCNTs to determine their mechanical and thermal properties respectively. The dispersion of 1.5 wt.% MWCNTs fillers in epoxy nanocomposites was studied by transmission electron microscopy (TEM) as well as by field emission scanning electron microscopy (FESEM) applied on their tensile fracture surface.     

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

Significant improvement in static and dynamic mechanical properties of graphene oxide–carbon nanotube acrylonitrile butadiene styrene hybrid composites

Herein, hybridization of graphene nanosheets and carbon nanotubes (CNTs) has been made to solve the problem of restacking of graphene nanosheets and agglomeration of CNTs. The multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs), reduced graphene oxide (RGO) and graphene oxide–carbon nanotubes (GCNTs) reinforced acrylonitrile butadiene styrene (ABS) composites have been prepared using micro-twin-screw extruder. The effect of these reinforcements on static and dynamic mechanical properties of composites is studied. The ultimate tensile strength and elastic modulus for 7 wt.% GCNT–ABS composites show enhancement of 26.1 and 71.3% over pure ABS matrix, respectively. Various parameters such as coefficient “C” factor (the ratio of storage modulus of the composite to polymer in glassy and rubbery regions), degree of entanglement, crosslink density and adhesion factor have been calculated to analyze the interaction between fillers and polymer matrix. The 3-D hybrid structure of GCNTs overcomes the associated problem of CNTs agglomeration and graphene restacking. GCNT hybrid composites show higher dispersion as well as effectiveness for increased filler amount as compared to RGO and MWCNTs based composites. GCNTs prove its superiority over MWCNTs and RGO by showing a synergistic effect in the glass transition temperature and storage modulus. Raman spectroscopy and scanning electron microscopy are used to confirm the interaction and distribution of the filler and matrix, respectively.     

纳米Al2O3/聚醚砜-环氧树脂复合材料的介电性能及热稳定性能

本实验制备了纳米Al_2O_3/聚醚砜-环氧树脂复合材料,考察了不同纳米氧化铝和聚醚砜的用量对复合体系力学和介电性能的影响,并对其热稳定性能进行了研究。结果表明:当添加1phr纳米氧化铝(Nano-Al_2O_3)和5phr聚醚砜(PES)时,三元复合材料EP/5PES/1Al_2O_3的拉伸强度提高到58 MPa,断裂伸长率达到13%,冲击强度达到16.2kJ/m~2,相比纯环氧树脂分别提高了61.1%、20.3%和8.0%。而且在100Hz的室温测试条件下,EP/5PES/1Al_2O_3材料的介电常数和介电损耗分别达到7.6和0.016,较纯环氧树脂均有一定幅度的增加。热重分析(TG)结果表明,EP/5PES/1Al_2O_3复合材料的初始分解温度为358℃,比纯环氧树脂提高了14℃,说明热稳定性有较大幅度的提高。