多壁碳纳米管/聚醚砜环氧树脂复合材料的制备及力学性能

环氧树脂具有优异的热性能及力学性能,但本身脆性较大。为制备低成本、高性能的环氧树脂体系,使用聚醚砜（PES）和多壁碳纳米管（MWCNT）对环氧树脂进行增韧,制备了不同PES含量的PES-环氧树脂共混物,讨论了PES含量对环氧树脂力学性能的影响;采用熔融法,并配合使用机械搅拌、高剪切分散和超声分散制备了MWCNT/PES-环氧树脂复合材料,测试了其拉伸性能及断裂韧性,用SEM观察了MWCNT在树脂中的分散状态以及拉伸试样的断口形貌。结果表明：MWCNT的加入能够提高PES-环氧树脂体系的综合力学性能,且当MWCNT含量为0.7wt%时,树脂体系的综合力学性能最好;低PES含量下,小于1.0wt%的MWCNT的加入使材料力学性能超过用20.0wt%PES改性的环氧树脂;PES与MWCNT对环氧树脂具有协同增韧作用。     

聚苯胺接枝多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的结构与力学性能研究

将十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂聚苯胺(PANI)接枝多壁碳纳米管(PANI-g-MWNTs)与环氧树脂(Epoxy)溶液共混、固化,制备了DBSA掺杂PANI-g-MWNTs/Epoxy复合材料。当核(MWNTs)-壳(DBSA掺杂PANI)结构溶解分散于Epoxy溶液中时,MWNTs表面PANI的溶解和溶胀把MWNTs隔开,使MWNTs均匀分散在Epoxy基体中。复合材料固化后,断面呈韧性断裂特征,MWNTs均匀分布在基体中,MWNTs与Epoxy间存在较强的界面粘结。DBSA掺杂PANI-g-MWNTs的引入促进Epoxy的固化反应,固化起始温度、放热峰值温度和固化反应热较Epoxy降低。复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度较Epoxy分别提高61%、43%、78%、49%和33%。     

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。     

多壁碳纳米管增强水泥基复合材料的纳米力学性能

采用纳米压痕技术探讨了多壁碳纳米管(MWCNTs)对有骨料水泥基复合材料纳米尺度上力学性能的影响,分别对压痕模量(M)小于50 GPa和压痕硬度(H)小于4.0 GPa的数据进行了统计,对其频率分布进行了Gaussian函数(PDF)的解卷积分峰处理,并对低密度水化硅酸钙凝胶(LD C-S-H)和高密度水化硅酸钙(HD C-S-H)凝胶进行了定量的体积分数计算。结果表明,除LD C-S-H、 HD C-S-H、 Ca(OH)2(CH)外,还出现了一个假相。MWCNTs降低了水化产物中LD C-S-H的体积分数,提高了HD C-S-H的体积分数,提高了C-S-H凝胶的压痕模量,但利用压痕模量和压痕硬度统计结果计算出的各相体积分数存在一定的差异。MWCNTs作为一种纳米晶核,对HD C-S-H凝胶形成起到了一定的诱导作用,从纳观尺度阐释了MWCNTs对水泥基材料的改性机制。     

电场诱导多壁碳纳米管有序排列对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的影响

采用交流（AC）电场诱导法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）均匀分散且定向有序排列的MWCNTs/环氧树脂复合材料。采用SEM、偏振拉曼光谱等研究了电场强度、MWCNTs含量、加电时间及温度（黏度）等因素对MWCNTs定向排列的影响,讨论了MWCNTs有序排列对MWCNTs/环氧树脂复合材料电学和力学性能的影响。结果表明：MWCNTs沿电场方向有序排列;MWCNTs/环氧树脂复合材料施加AC电场后的拉曼强度明显高于未施加电场的情况;当MWCNTs含量从0wt%增加到0.025wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料导电率从2.3×10^-12 S/cm增加到1.3×10^-8 S/cm,增加了约4个数量级;MWCNTs含量为2.5wt%时,MWCNTs/环氧树脂复合材料拉伸强度提高了26.3%。     

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%。      

碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料研究

制备了碳纳米管(CNTs)/碳纤维(CF)/环氧树脂(EP)三元复合材料。研究了CNTs含量对复合材料层间剪切强度、弯曲强度和弯曲模量的影响,并采用场发射扫描电镜分析了CNTs在基体树脂中的分散情况。结果表明:复合材料性能的变化源自于CNTs在基体树脂中的分散状态。当CNTs含量为0.2%(wt,下同)时,复合材料剪切强度和弯曲强度达到最大值,分别为99.2MPa和1811.4MPa,但其弯曲模量下降了8.7GPa。当CNTs添加量达到1%时,其弯曲模量达到135.9GPa,较未加入CNTs时提高了11.1%,层间剪切强度和弯曲强度分别降低了5.5MPa和359.5MPa。     

碳纳米管对碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为了探讨碳纳米管(CNTs)对碳纤维/环氧树脂复合材料(CF/ER复合材料)力学性能与疲劳寿命的影响,利用静态拉伸实验和拉-拉疲劳实验沿纤维方向对CF/ER复合材料和CNTs增强CF/ER复合材料(CNTs/CF/ER复合材料)进行了对比研究,同时利用X射线仪与扫描电镜对试样进行了观察.研究结果表明,CNTs的加入,虽然对CF/ER复合材料的拉伸力学性能影响不明显,但可以提高高周疲劳寿命约4倍,使各种实验应力水平下的裂纹密度降低9.5％以上,并可观察到试样中CNTs的拔出、破裂及桥联作用.由此可见,CNTs的加入可明显改善CF/ER复合材料的疲劳寿命.     

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。     

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。     

炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的分子模拟(英文)

采用分子动力学模拟(MD)分析炭纤维/氨基化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能。采用碳纳米管作为环氧树脂的主要增强材料以期提高三相复合材料的力学性能。建立固化的环氧树脂模型以提高碳纳米管和基体间的粘结强度。炭纤维体积分数设定为60%,碳纳米管体积分数为0.25%-5%。结果表明,碳纳米管体积分数从0.25%增加至5%时,沿炭纤维方向上的杨氏模量由92GPa提高至224.4GPa,抗张强度由1.35GPa提高至2.85GPa。     

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。     

石墨烯与多壁碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备及性能

对多壁碳管(MWCNTs)进行改性处理得到酸化碳管(MWCNTs-COOH)和环氧化碳管(MWCNTs-Epon828), 将石墨烯(Graphene)与不同的碳管分别混合, 制备出三种Graphene-MWCNTs/环氧树脂(EP)复合材料。通过拉伸和热重实验研究了石墨烯与MWCNTs的协同作用、 两者的含量以及MWCNTs功能化方法对复合材料力学和热学性能的影响。结果表明: 石墨烯与MWCNTs的协同增强明显优于MWCNTs单独增强。当石墨烯和MWCNTs质量分数仅为0.1%时, Graphene-MWCNTs-Epon828/EP的拉伸强度达最大值, 其拉伸强度、 弹性模量和断裂伸长率分别较纯EP增加了35%、 65%和34%。石墨烯和MWCNTs的加入使Graphene-MWCNTs/EP复合材料的热稳定性均有所提高。     

碳纳米管增强铝基复合材料的制备及其力学性能表征

利用高速剪切和球磨相结合的工艺,用石蜡辅助分散,制备得到碳纳米管(CNT)/铝复合粉体,随后采用常压烧结与大气热压相结合的工艺成型,最后经过热挤二次加工制备得到CNT增强铝基复合材料。结果表明,采用石蜡辅助的球磨混合分散工艺能显著改善CNT在基体中分布的均匀性,常压烧结后大气热压能显著提高材料致密度,达到类似热压烧结的效果,使材料力学性能显著提高;随着CNT含量的增加,复合材料的拉伸强度和布氏硬度逐渐升高,当CNT质量分数增加到2.0%时达到最大值,分别为245MPa和106.66N/mm2。     

碳纳米管的力学性能及聚合物/碳纳米管复合材料

综述了碳纳米管（CNTS）的制备方法、结构与力学性能的关系，介绍了近年来聚合物／碳纳米管复合材料的最新进展，对现有聚合物／碳纳米管复合材料的制备方法存在的主要问题进行了分析。     

纳米粒子改性环氧树脂及其复合材料力学性能研究

通过机械共混法制备了Al2O3纳米粒子改性环氧树脂基体,研究了纳米粒子含量对改性树脂基体力学性能的影响,并采用紧凑拉伸实验研究了纳米粒子改性环氧树脂的断裂韧性。利用改性树脂制备了玻璃纤维增强复合材料,研究了改性复合材料的力学性能与纳米粒子含量之间的关系。结果表明:纳米粒子的加入明显改善了环氧树脂基体的断裂韧性并且有助于提高树脂与纤维之间的界面粘接强度,因而使改性复合材料的层间性能明显提高而其他力学性能基本不变。     

碳纳米管取向对HA/CNTs复合材料力学性能的影响

以碳纳米管为增韧材料,用原位合成法制备了羟基磷灰石/碳纳米管复合粉体,通过氮气保护热压烧结制备了羟基磷灰石/碳纳米管复合材料,并对其进行了XRD、FT-IR、SEM、致密度、抗弯强度及断裂韧性测试,同时探索了碳纳米管取向对材料力学性能的影响.结果表明,复合材料中碳纳米管择优分布在热压面内;碳纳米管取向对材料的力学性能有较大影响,随θ(材料表面与热压方向的夹角)的增大,材料的力学性能提高,垂直于热压面的方向最差,平行于热压面的方向最好.     

多壁碳纳米管的化学修饰及其增强环氧树脂复合材料的性能

研究原生多壁碳纳米管和己二胺修饰的多壁碳纳米管分别对环氧树脂的增强作用。用SEM、FT-IR及XPS对修饰前后的碳纳米管进行的表征表明,所用的方法可以在碳纳米管的表面接上己二胺。研究发现,修饰后的碳纳米管比原生碳纳米管对环氧树脂有更明显的增强作用。修饰后的碳管含量为2%时,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度比纯环氧树脂分别提高79.7%、160.4%和188.2%。     

聚苯硫醚/碳纳米管复合材料的导电和力学性能

采用熔融共混制备了聚苯硫醚/碳纳米管复合材料,考察了复合材料的形态、导电及力学性能。结果表明,碳纳米管均匀分散于聚苯硫醚基体中,二者的界面结合紧密;少量碳纳米管的加入即可显著增加复合材料的导电性,其逾渗阀值约为2 phr～3 phr;与聚苯硫醚相比,复合材料的拉伸及冲击强度全面提高,但由于碳纳米管的微观聚集与其应力传递作用间相互矛盾,因此过多的碳纳米管对材料力学性能贡献不大,这也得到了动态力学性能测试的进一步证实。