碳纳米管-有机化蒙脱土多维纳米界面构筑及其对环氧树脂的增韧机制

分别采用混酸、环氧树脂（EP）和硅烷偶联剂对碳纳米管（CNTs）进行功能化处理,用十八烷基三甲基氯化铵对蒙脱土（MMT）进行有机化处理,将具有一维纳米尺度的CNTs和二维纳米尺度的有机化蒙脱土（OMMT）复合引入EP酸酐固化体系,通过溶液共混法制备纳米OMMT/EP、CNTs/EP、CNTs-OMMT/EP复合材料。使用简支梁冲击试验仪测试三种复合材料的冲击强度,并利用SEM观察纳米复合材料的冲击断面形貌。实验结果表明,当OMMT的含量为4wt%时,纳米OMMT/EP复合材料的冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了16.7%。经硅烷偶联剂处理后的CNTs（Si-CNTs）能与EP基体形成良好界面,当Si-CNTs的含量为0.9wt%时,纳米Si-CNTs/EP复合材料冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了84.0%。当OMMT的含量为4wt%、Si-CNTs的含量为0.9wt%时,纳米Si-CNTs-OMMT/EP复合材料的冲击强度比未掺杂纳米组分的EP提高了135.4%。管状CNTs和片层结构OMMT对EP的韧性具有协同提高作用。     

稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响

将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)混合并通过CeCl₃处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用FTIR、XPS、SEM对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备CNTs-CF/EP复合材料,对其力学性能和断口形貌进行分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对CNTs-CF/EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce的桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体间的界面性能。因此CNTs-CF/EP复合材料的拉伸强度和杨氏模量较CF/EP复合材料分别提高了36.76%和71.57%;较CeCl₃改性CF(RECF)/EP复合材料分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。      

基于碳纳米管界面改性的碳纤维复合材料抗γ辐射性能研究

为研究碳纳米管(CNTs)界面改性对碳纤维/环氧复合材料(CF/EP)抗辐照性能的影响,采用电泳沉积法将CNTs引入到CF/EP界面区域(CF-CNTs/EP)中,然后分别对CF/EP和CF-CNTs/EP进行γ射线辐照处理(γ-CF/EP和γ-CF-CNTs/EP),并对复合材料的力学性能、热学性能、耐疲劳性能和官能团变化等特性进行分析。结果表明:由于CNTs的存在,γ-CF-CNTs/EP的储能模量、玻璃化转变温度、弯曲强度和弯曲模量分别比γ-CF/EP高7. 8 GPa、4. 53℃、280 MPa和19. 2 GPa;γ-CF-CNTs/EP的耐疲劳性能优于γ-CF/EP; XPS测试发现γ-CF-CNTs/EP内部C-C键的含量急剧减少10. 88%,C-N键和C-O键的含量分别增加5. 97%和4. 44%,而γ-CF/EP无明显变化。结合断面形貌分析和裂纹扩展模型,讨论了CNTs增强复合材料抗γ射线辐射的微观结构和增强机制。以上结果证实,CNTs界面区域改性可以有效提升CF/EP的抗辐射性能。     

羧基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

首先用混酸法对碳纳米管(CNTs)进行酸化，制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。以C-CNTs作为填料，采用溶剂混合法制备了羧基化碳纳米管/环氧树脂(C-CNTs/EP)复合材料，通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、电子万能试验机、宽频介电阻抗谱仪等对产物进行了表征和分析测试。结果表明：CNTs经羧基化后，长径比相对变小，搭接和缠绕程度相对降低，当C-CNTs质量分数为2%时，C-CNTs/EP复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别比EP提高46.1%、27.1%和33.5%;玻璃化转变温度比EP提高8.6℃;当C-CNTs质量分数超过1%,C-CNTs/EP复合材料的介电常数随C-CNTs质量分数的增加而快速增大。     

改性碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能

实验采用混酸法对碳纳米管(CNTs)表面进行改性,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。采用溶胶-凝胶法制得SiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@SiO₂)、TiO₂包覆的C-CNTs (C-CNTs@TiO₂),采用原位聚合法制得聚苯胺包覆的C-CNTs (C-CNTs@ PANI)。以环氧树脂(EP)为基体材料,通过溶液共混法制备出C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料。研究结果表明:当掺杂相的质量分数均为1 wt%时,四种EP基复合材料的冲击强度相对于未改性的环氧树脂均有不同程度的提高。当掺杂相质量分数为7 wt%时,C-CNTs/EP、C-CNTs@SiO₂/EP、C-CNTs@TiO₂/EP和C-CNTs@PANI/EP四种复合材料的介电常数分别是EP的14.1、7.2、2.5、18.8倍。在实验掺杂量下,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的介电损耗几乎没有变化,C-CNTs@PANI/EP的介电损耗略有增加。当掺杂相质量分数为1 wt%时,C-CNTs@SiO₂/EP和C-CNTs@TiO₂/EP的击穿强度相对于EP明显提高。      

改性油松木粉/不饱和聚酯树脂复合材料界面性能研究

为改善油松木粉与不饱和聚酯树脂(UPR)的界面相容性,采用氢氧化钠处理、偶联剂处理、接枝改性和包覆处理方法对油松木粉进行改性,对改性木粉/UPR复合材料进行冲击和拉伸性能测试;通过观察试样冲击断口形貌,判断两相界面相容性情况。结果表明:木粉经接枝改性后增韧效果最佳,复合材料的冲击强度提高了148.3%;包覆处理后增强效果最佳,复合材料的拉伸强度提高了17.4%。同时碱处理、偶联剂处理和包覆处理能不同程度地提高复合材料的拉伸和冲击性能。接枝改性能大幅提高复合材料的冲击性能,但对拉伸性能提高不明显甚至下降。通过观察试样冲击断口,改性后油松木粉与UPR的界面相容性得到明显改善。     

碳纳米管对碳/碳复合材料压缩力学性能影响

以0、5%、10%、15%和20%(质量分数)5种不同碳纳米管(CNTs)含量的全网胎针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透方法增密后,制备出CNTs-C/C复合材料。借助万能试验机测试样品的压缩力学性能,并采用显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM),研究了样品的微观组织结构和断口形貌。结果表明,添加纳米管后,有利于改善热解炭结构,同时提高C/C复合材料的压缩强度,且C/C复合材料的压缩强度随着CNTs添加量的增多而增大。当CNTs含量为20%(质量分数)时,复合材料的平行压缩强度为185.02 MPa,垂直压缩强度约200 MPa,相比于未添加CNTs,材料的压缩强度分别提升了36.66%和17.67%。未添加CNTs,复合材料以"假塑性"方式断裂,添加CNTs后,材料出现脆性断裂,且随CNTs含量的增加,脆性断裂方式更加明显。     

4,4′-二氨基二苯甲烷改性氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用4,4′-二氨基二苯甲烷(DDM)处理氧化石墨烯(GO),将处理后的氧化石墨烯(GO-DDM)与环氧树脂(EP)充分混合制备了改性氧化石墨烯/环氧树脂复合材料(GO-DDM/EP)。通过红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等分析方法对GO-DDM进行表征,采用电子万能试验机和悬臂梁冲击试验机对制得的复合材料进行力学性能测试。结果表明:DDM成功地接枝在GO的表面,极大提高了GO在有机溶剂中的分散性,且GO不再分散在水中。当复合材料中的GO-DDM含量为0.9%时,其拉伸强度提升了64.9%,冲击强度提升了17.0%。     

SiO2/剑麻纤维素微晶的制备及对环氧树脂的改性

通过溶胶-凝胶法,以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源、乙醇为溶剂、盐酸为催化剂,在剑麻纤维素微晶(SFCM)表面包覆上了一层连续、致密的二氧化硅(SiO2),制得二氧化硅包覆剑麻纤维素微晶(SiO2-SFCM)。采用红外光谱和扫描电子显微镜对其结构进行表征,并与环氧树脂(EP)复合制备了SiO2-SFCM/EP复合材料,研究了SiO2-SFCM对EP复合材料力学性能的影响。结果表明,SiO2包覆层增强了SFCM与EP之间的界面相互作用,提高了复合材料的力学和热性能。当加入的SiO2-SFCM的质量分数为3%时,复合材料的冲击强度由未改性的16.4 kJ/m2提高到29.4 kJ/m2,热分解温度提高24℃,二氧化硅的包覆率为50%~60%。     

碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备及其电化学性能研究

采用原位聚合法,以2,4-二氨基-6-氯嘧啶(DCP)、3,3’,4,4’-二苯甲酮四羧酸二酐(BTDA)和碳纳米管(CNTs)为原料,制备碳纳米管/聚酰亚胺(CNTs/PI)复合材料,并且对它们的分子结构、结晶性、微观形貌和电化学性能进行研究。结果表明,CNTs/PI复合材料属于半晶型材料,PI均匀地包覆在CNTs的表面。CNTs/PI复合材料具有较好的电化学氧化还原行为,随着CNTs含量的增加,复合材料的氧化电位逐渐向高电位移动,还原电位逐渐向低电位移动,这主要是由于CNTs的加入导致复合材料失电子能力减弱,得电子能力增强的结果。     

拟薄水铝石改性环氧树脂复合材料的制备与性能

采用水热合成法制备拟薄水铝石(AlOOH)纳米棒,以3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)为表面改性剂,制得mAlOOH,以环氧树脂(Epoxy,EP)为基体,制备AlOOH/EP和mAlOOH/EP复合材料。研究AlOOH和mAlOOH的填充量对AlOOH/EP及mAlOOH/EP复合材料性能的影响。结果表明,mAlOOH明显提高了mAlOOH/EP复合材料的力学性能。mAlOOH的填充量为4wt%时,mAlOOH/EP复合材料的冲击强度和弯曲强度分别比聚合物基体分别提高了259%和44%;填充量不超过5wt%时,mAlOOH/EP的介电常数与介电损耗均略低于纯环氧树脂。当添加量为3wt%时,mAlOOH/EP具有最低的介电常数和介电损耗及最高的玻璃化转变温度(123℃)。      

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。     

超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能研究

目的 研究超音速激光沉积增材制造CNTs/Cu复合材料的微观结构及力学性能。方法 对CNTs进行表面镀铜处理,提高它与Cu黏接相之间的润湿性,增强CNTs/Cu之间的界面结合,利用超音速激光沉积技术(Supersonic Laser Deposition,SLD)增材制备不同CNTs含量的CNTs/Cu复合材料,对比研究了CNTs含量和退火温度对CNTs/Cu复合材料微观结构及力学性能的影响规律,并采用能谱仪对拉伸断口微区进行元素分析测定。结果 SLD制备的CNTs/Cu复合材料具有优异的塑性变形能力,而强度较高的CNTs通过嵌入铜粉颗粒之间的缝隙提升了沉积质量。对复合材料微观组织进行表征发现组织无明显孔隙、致密性良好,且无烧蚀现象。CNTs的加入有效提高了CNTs/Cu复合材料的抗拉性能,并且随着CNTs含量的上升,CNTs/Cu复合材料的极限抗拉强度(Ultimate Tensile Strength,UTS)稳步上升;当CNTs质量分数为0.3%时,CNTs/Cu复合材料的UTS为36.33 MPa,是CNTs质量分数为0.05%时的1.35倍。随着退火温度的升高,CNTs/Cu复合材料的UTS表现为先增大后减小的趋势,在500 ℃时UTS达到最大值。结论 由于激光加热软化的效果与表面镀铜的包覆作用,CNTs能够均匀地分布在CNTs/Cu复合材料内部,同时明显增强复合材料内部颗粒的界面结合强度,后续的热处理有助于使材料从不稳定的机械结合逐步转换为冶金结合,显著提高复合材料的抗拉性能。     

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。     

负热膨胀ZrW_2O_8改性环氧树脂性能研究

采用硅烷偶联剂处理的负热膨胀材料ZrW2O8超细粉体与环氧树脂(EP)共混制备ZrW2O8/EP复合材料.检测了不同ZrW2O8含量下复合材料的冲击强度、拉伸强度、拉伸断口形貌、洛氏硬度、线膨胀系数和玻璃化温度.结果表明ZrW2O8粉体对EP有较好的改性作用:当ω(ZrW2O8)∶ω(EP)＝16∶100时复合材料的冲击韧性和拉伸强度达最大,分别为16.13kJ/m2和55.86MPa;ZrW2O8对复合材料洛氏硬度影响不大,但降低了线膨胀系数,ω(ZrW2O8)∶ω(EP)＝20∶100时线膨胀系数降至3.7322×10-5/K;复合材料的玻璃化温度在124～129℃之间.     

高能球磨法制备高性能均一分散CNTs/Al5083复合材料

采用卧式高能球磨法制备0%~2%CNTs/Al5083(质量分数)复合材料,研究球磨时间和CNTs含量对复合材料性能的影响。采用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对复合材料的形貌进行表征,测试复合材料的抗拉强度及硬度。结果表明:当球磨时间为1.5h时,CNTs可均匀分散在Al5083基体中;CNTs质量分数为1.5%时,CNTs/Al5083界面结合力最好,复合材料的抗拉强度和硬度分别为188.8MPa和136HV,比未加CNTs的Al5083合金基体分别提高了32.2%和36%。     

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。     

四嗪改性碳纳米管环氧摩擦材料的研究

利用Diles-Alder反应,采用3,6-二氨基-1,2,4,5-四嗪对碳纳米管(CNTs)改性处理,考察了改性处理对碳纳米管表面结构、分散程度以及对环氧复合材料性能的影响,通过扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)Raman)分析了材料表面磨损形貌、多壁碳纳米管(MWNTs)分散程度以及碳纳米管结构变化,并探讨复合材料摩擦磨损机理、四嗪与碳纳米管反应机理.结果表明,通过四嗪化合物处理碳纳米管后,碳管表面连接活性基团氨基,结构形态发生改变,提高碳纳米管在基体中分散性和复合材料摩擦性能,8h处理MWNTs/EP比未处理MWNTs/EP复合材料摩擦系数降低6.5%,磨耗率降低71.4%.     

取向碳纳米管/玻璃纤维增强树脂基单向层合板的制备及其力学性能

针对纤维增强树脂基单向复合材料横向刚强度低的问题,通过碳纳米管(CNTs)在单向复合材料横向方位取向控制技术研究,建立了一种CNTs在树脂基复合材料中电场取向装置,制备了取向CNTs/环氧树脂(EP)复合材料及取向CNTs/玻璃纤维(GF)增强环氧树脂基单向层合板,并对不同电场强度、CNTs含量对其力学性能的影响进行了试验分析。结果表明,施加300V/cm的取向电场时,添加0.2wt%多壁碳纳米管(MWNTs)/EP储能模量较未添加MWNTs时提高了68.42%,较随机方位分布MWNTs/EP提高了1.36%;取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了72.2%和92.1%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了58.29%和61.43%;施加439V/cm的取向电场时,添加0.2wt%取向MWNTs/GF增强单向层合板横向弯曲强度及模量比未添加MWNTs时分别提高了64.7%和63%,比随机方位分布MWNTs增强时分别提高了51.42%和36.90%,取向CNTs/GF增强树脂基单向层合板横向刚强度均得到了大幅提高。     

等离子体诱导接枝聚合修饰碳纳米管及其环氧树脂复合材料

以马来酸酐(MAH)为有机单体,通过等离子体诱导接枝聚合法修饰碳纳米管(CNTs),借助红外光谱、扫描电镜分析手段,对所得表面为聚合物膜修饰碳纳米管(p-CNTs)进行表征。将上述p-CNTs应用于环氧树脂(EP)固化体系,制备出p-CNT/EP纳米复合材料,研究了其对EP性能的影响。结果表明:等离子体可诱导马来酸酐在CNTs表面接枝聚合成膜。利用包覆于CNTs表面的聚马来酸酐(PMAH)薄膜功能化修饰CNTs。合适含量的p-CNTs可显著提高环氧树脂的强度和韧性,使其高度强韧化。