碳纳米管水泥基复合材料的研究进展

近年来,碳纳米管(CNTs)在传统胶凝材料中的应用愈来愈受到人们的重视。通过添加适量的CNTs,可以使胶凝材料的一些性能得到有效改善。本文综述了国内外有关CNTs在水泥基材料中的应用研究进展,主要探讨了CNTs对水泥基材料的力学性能、耐久性及微观结构的影响,掺加活性物质对CNTs/水泥基复合材料性能的影响,并且总结了当前研究中所存在的一些问题,为今后的研究前景提出了一些建议。     

碳纳米管水泥基复合材料的力学性能和抗冻性能研究

作为新型纳米材料,碳纳米管(MWCNTs)已经应用于水泥基材料中用以改善水泥基材料性能.本文采用十六烷基三甲基溴化铵作为分散剂将碳纳米管均匀分散于水泥材料中制备成碳纳米管水泥基复合材料,并细致研究了其力学性能和抗冻性能.结果表明碳纳米管的加入能够有效的增加水泥基材料的力学性能和抗冻性能.当碳纳米管的掺量为0.1％时,碳纳米管水泥基复合材料的力学性能达到最大,其抗折强度和抗压强度分别为17.5MPa和92.3 MPa.在300次冻融循环过程中,碳纳米管水泥基复合材料的质量损失率和动弹模量变化率偏低,表明碳纳米管水泥基复合材料的抗冻性得到了增强.SEM微观分析表明,碳纳米管在水泥基材料中起到了桥联和拔出效应,能够有效的延缓和阻止水泥基材料受到外界的破坏.     

还原氧化石墨烯增强水泥基复合材料微观结构及力学性能

采用水热还原法制备了不同还原程度的还原氧化石墨烯(RGO),并将其添加到水泥浆体中,制得石墨烯增强水泥基复合材料。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、力学性能测试仪、扫描电子显微镜(SEM)对氧化石墨烯(GO)还原程度及水泥基复合材料的力学性能和微观结构进行测试。结果表明,在120℃水热条件下,控制不同还原时间可以得到不同还原程度的RGO;随着GO还原程度的提高,复合材料力学强度不断增加;RGO可使水泥更加密实,降低了水泥浆体的孔隙率,对水泥基复合材料起到增强增韧的作用。     

碳纳米管水泥基复合材料高温力学性能实验研究

研究多壁碳纳米管(MWCNTs)掺量(0wt％、0.05wt％、0.08wt％、0.10wt％、0.20wt％)对碳纳米管水泥基复合材料(CNT/CC)高温力学性能的影响.分别测试了常温时以及200℃、400℃、600℃和800℃高温后CNT/CC净浆试件的质量损失、抗折强度和抗压强度.结果表明:MWCNTs的加入能够降低水泥基体内部蒸汽压和温度梯度,有效地提高水泥基体抗高温爆裂能力.MWCNTs的掺入可在一定程度上降低水泥基材料的高温质量损失,但掺量过大时由于催化剂的热分解,质量损失会有所增加.热作用时,MWCNTs表面和端部易产生一些亲水基团和缺陷位,在一定程度上缓解了水泥基复合材料高温性能的劣化.800℃后,CNT/CC的相对残余抗折强度和相对残余抗压强度分别约为30％ ～35％和45％ ～50％.     

Cu-BTC改性水泥基复合材料的微观结构和力学性能

以金属-有机骨架化合物(Cu-BTC)为改性剂,对水泥基复合材料进行了改性,获得了具有规整蛛网状结构的改性水泥基复合材料,并运用FT-IR、XRD、SEM、EDs等对其结构及性能进行了分析.实验结果表明:引入Cu-BTC并不会改变水化产物的构成,而Cu-BTC含有的活性—COOH能够诱导水化产物形成生长位点,水化产物后...     

碳纳米管水泥基复合机敏材料的研究进展

具有机敏特性的功能性水泥材料能够用于监测水泥路面质量和通过车辆的载荷,有良好的应用前景。碳纳米管材料拥有优异的导电性能,作为水泥的添加剂提高其复合材料的机敏性能。对碳纳米管水泥基复合材料的机敏特性进行了系统考察,分析了CNT水泥复合材料机敏特性机理,对影响机敏性能的因素进行了分析。通过CNT水泥基复合材料在公路监测上的实际应用试验,展示了其作为一种新型智能道路监测技术所具有的良好应用前景。     

碳纳米管对水泥基材料微观结构及耐久性能的影响

碳纳米管是一种性能优异的纳米材料,将其掺入水泥基材料中将会显著影响水泥基材料的微观结构及宏观性能。本文系统总结和分析了国内外有关碳纳米管对水泥基材料微观结构和耐久性能的研究成果。讨论了碳纳米管对水泥基材料的水化特性、孔结构、微裂缝、内部界面及抗碳化能力、抗离子侵蚀能力、抗冻融破坏能力的影响及作用机理。分析发现碳纳米管通过成核作用促进了水化产物的生成、影响了水泥水化反应速率,并通过填充作用和桥联作用优化了水泥基材料的孔结构和内部界面,阻碍了微裂缝的形成及扩展;此外,碳纳米管通过对水泥基材料微观结构的优化,提高了水泥基材料的抗碳化能力、抗离子侵蚀能力和抗冻融破坏能力等耐久性能。目前,碳纳米管对水泥基材料微观结构及耐久性能影响的研究成果相对较少,相关结论也未完全达成一致,因此,还需要进一步的深入研究。     

多壁碳纳米管水泥基复合材料的压敏性能研究

采用聚羧酸系减水剂分散多壁碳纳米管（ MWCNTs ）,利用四电极法研究了 MWCNTs 掺量对28 d 龄期MWCNTs水泥基复合材料导电特性和在循环荷载作用下压敏性能的影响以及不同最大加载力和加载速率下材料压敏性能的变化。研究表明：随 MWCNTs 掺量的增加,复合材料的电阻率逐渐降低,极化时间逐渐减少。当MWCNTs的掺量在0．06wt％～0．3wt％范围时,复合材料电阻率的变化最大,在循环荷载作用下也表现出良好的压敏性。当加载至试块破坏的情况下,最大电阻变化率可达到70％。随着加载力和加载速率的增加,电阻率的变化率均逐渐变大。本项研究对于实现混凝土材料的智能化以及工程结构检测的实时化具有重要意义。     

改性硅溶胶对水泥基复合材料力学性能的影响及机制

使用硅烷偶联剂KH560对纳米硅溶胶进行改性从而提升其分散性,并以硅溶胶、改性硅溶胶为掺和料,制备了不同含量的水泥基复合材料试件.采用Zeta电位仪、万能试验机分别测试改性前后硅溶胶的粒径分布及复合材料的力学性能,并采用X射线衍射(XRD)以及扫描电镜(SEM)对其增强机制进行分析.结果表明:硅溶胶消耗了水泥水化生成的...     

结构炭/炭复合材料力学性能及微观结构研究

采用四向编织、快速化学气相渗透致密化新工艺制备了炭／炭复合材料,其弯曲强度达３２０ＭＰａ。分析研究了这种材料的力学性能特征。利用ＳＥＭ和高分辨ＴＥＭ分析了基体炭、炭纤维／基体灰界面的精细结构,发现炭纤维呈单根被基体炭包围,基体现灰呈层片状,为二维有序的乱层石墨结构;在炭纤维与基体炭之间存在着过渡相,这一过渡相厚度的约几十纳米,随着与炭纤维之间距离的增大,它们之间形成的夹角由小变大,这一过渡相即为炭     

基体改性对碳纤维增韧碳化硅复合材料结构与性能的影响

采用化学气相浸渗法对2D C/SiC复合材料进行基体改性,制备了二维碳纤维增韧碳-碳化硅二元基复合材料(two dimensional carbon fiber reinforced C-SiC binary matrix composites,2D C/C-SiC).2D C/C-SiC复合材料的基体为热解碳和碳化硅交替叠层的多层基体.研究了2D C/C-SiC复合材料的微观结构,比较了2DC/SiC复合材料和2DC/C-SiC复合材料的力学性能及断口形貌.结果表明:2DC/C-SiC复合材料可在基本保持2DC/SiC复合材料抗弯强度的基础上,其断裂韧性得到显著提高.基体改性的效果明显.纤维的逐级拔出是断裂韧性提高的原因.     

碳纤维－尼龙纤维混杂改性水泥力学性能及显微结构观察

碳纤维尼龙纤维混杂改性，既可提高水泥强度又可提高其韧性。通过电子显微镜和压汞试验所得结果对混杂改性机理进行了初步探讨     

碳纤维含量对PMMA-PMA基复合材料显微结构及力学性能的影响(英文)

以甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)和丙烯酸甲酯(polymethyl acrylate,PMA)为原料、短切碳纤维(Cf)为增强相,采用悬浮聚合法制备碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸甲酯基复合材料(carbon fiber-reinforced polymethyl methacrylate-polymethyl acrylate matrix composites,Cf/PMMA-PMA)。研究碳纤维含量(质量分数,下同)对Cf/PMMA-PMA显微结构及力学性能(抗折强度、抗压强度和拉伸强度)的影响。结果表明:随碳纤维含量增加,Cf/PMMA-PMA的挠度呈线性增长,而抗折强度、抗压强度和拉伸强度呈先增大后减小趋势。当碳纤维含量为15%时,Cf/PMMA-PMA的抗折强度、抗压强度和拉伸强度分别达到最大值115.5、244.6MPa和158.6MPa。     

碳纳米管定向排列增强碳纤维/环氧树脂复合材料制备及力学性能

采用高频电场诱导法制备了碳纳米管定向有序填充的碳纤维/环氧树脂复合材料。研究了电场频率对复合材料力学性能的影响规律,对复合材料的显微形貌进行观察。结果表明:在富树脂区碳纳米管沿着电场方向存在明显的有序排列现象;高频电场诱导后复合材料的层间剪切强度最大提高28.9%,压缩强度提高28.83%,弯曲强度提升15.01%,断口粗糙度增加,树脂与碳纤维的界面结合状态改善。     

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％。     

TDE-85/AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析

选用两种耐高温多官能团环氧树脂TDE-5和AG-80为基体,T300碳纤维为增强体制备了复合材料单向板,纤维体积含量均为60％。实验测得TDE-85树脂基体复合材料单向板的弯曲模量为74．26GPa,弯曲强度为1061．4MPa,层间剪切强度（ILSS）为54．05MPa;AG-80树脂基体复合材料单向板弯曲模量为55．73GPa,弯曲强度为840．52MPa,层间剪切强度（ILSS）为44．84MPa。前者的弯曲强度、弯曲模量与剪切强度也分别高出后者26．3％、33．2％与20．5％。实验对弯曲试样断口微观形貌的受压部分和受拉部分进行了SEM和高倍数码显微镜观察。结果显示,AG-80树脂基与碳纤维的界面结合情况较差,纤维成束被拔出,纤维表面几乎没有树脂。TDE-85树脂基与碳纤维界面结合情况较好,纤维与树脂结合比较紧密,断面较为平整,只有少量纤维拔出,表面粘附大量树脂。     

反应烧结工艺制备碳纳米管/氮化硅陶瓷基复合材料

用反应烧结工艺在1 550℃制备了碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)/Si3N4陶瓷基复合材料,借助X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、标量分析等分析手段,研究了反应烧结CNTs/Si3N4复合材料的物相组成、化学相容性、力学性能及电磁性能.结果表明:反应烧结CNTs/Si3N4复合材料主要由α-Si3N4和β-Si3N4组成,还含有少量的游离硅.CNTs和Si3N4基体之间具有良好的化学相容性.含有1.0%(质量分数)CNTs的反应烧结CNTs/Si3N4复合材料的抗弯强度为280 MPa,Vickers硬度为8.2 GPa,断裂韧性为2.3 MPa·m1/2,在8～12 GHz(X带)具有明显的微波衰减特性,在10 GHz处的最大衰减值达7 dB,可用作微波吸收材料.     

碳纤维增强水泥基复合材料的性能和应用

介绍了水泥混凝土材料以其抗压强度高、施工方便等优点在人类建筑史上发挥了重要作用,但由于其功能单一、脆性大、自重大、抗拉强度和抗弯强度低等缺点,在特殊领域中的用途受到很多限制。试验中,将碳纤维加入到水泥基体中,不仅可改善水泥自身力学性能的缺陷,使其具有高强度、高模量、高韧性,更重要的是把普通的水泥建筑材料变成了具有自感知内部温度、应力和损伤及一系列电磁屏蔽性能的功能材料。     

碳纤维增强水泥复合材料的机敏性

采用水热热压技术制备了短切碳纤维增强水泥复合砂浆,讨论了材料本身作为探头时电阻测量信号的机敏效应,并用ＯＭ,ＳＥＭ观察了材料的显微结构。研究表明：材料结构中存在电导渗流现象,受载后材料电阻率下降并导致民导渗流阈值降低;一次加载和循环加载条件屯下的电阻变化均能反映材料在弹性、非弹性和断裂区间的应力并具有灵敏的响应;碳纤维掺量与材料断裂时电阻相对变化率呈相正比关系,但纤维长度与测量灵敏度呈反比。