炭纤维表面接枝碳纳米管对复合材料界面性能的影响

采用聚酰胺-胺(PAMAM)树状分子化学修饰方法制备碳纳米管接枝炭纤维(CF-PAMAM-CNTs)新型增强体。利用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对接枝前后CF表面官能团和表面形貌进行表征;利用接触角测量、单丝拉伸方法研究了接枝前后纤维单丝的润湿性能及拉伸强度,并通过微脱黏法分析了其复合材料的界面剪切强度,同时探索了CNTs的最佳接枝量。结果表明,当CNTs接枝量为15%时,CF表面粗糙度提高了180%,表面能提高了300%,拉伸强度提高了22%,复合材料的界面剪切强度提高了178%,这表明CNTs接枝有利于改善CF复合材料的界面性能。     

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。      

碳纳米管及炭纤维协同强韧双马来酰亚胺树脂复合材料

采用氨基化碳纳米管(CNTs)强韧双马来酰亚胺树脂(BMI)基体树脂,制备碳纳米管/炭纤维(CNT/CF)协同增强BMI的三相复合材料。结果表明,乙二胺以共价键的形式接枝到了MWCNTs表面,MWCNTs-NH2表面的N元素质量分数达3.53%;质量分数为0.5%MWCNTs-NH2的三相复合材料的弯曲模量、弯曲强度及冲击强度分别为43.85 GPa、1 160.62 MPa和28.50 kJ/m2,与CF/BMI复合材料相比,分别提高了49.56%、17.41%和19.65%。     

环己烷浮游催化法在碳纤维表面生长碳纳米管

以环己烷为碳源、二茂铁为催化剂前躯,采用浮游催化法成功的在碳纤维表面生长了碳纳米管(CNT),制备了多尺度杂化材料CNTs/CF。实验重点考察了反应温度、二茂铁浓度、载气等参数对CNT在纤维表面生长的影响,通过扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)研究了CNTs/CF的形貌及产物CNT的微观结构。当固定反应温度为820℃、二茂铁-环己烷浓度为2g/100mL时,随着氢气在载气中含量在0～100%范围内变化,产物CNT直径亦有86nm降低至39nm。通过单丝拉伸测试发现,相比初始碳纤维,不同长度的CNTs/CF单纤维强度下降幅度均在10%以内。     

碳纤维(CF)表面接枝对聚酰亚胺(PMR-15)基复合材料界面性能的影响

通过冷等离子体连续表面接枝技术对CF进行表面处理,采用XPS对CF表面组成及特征基团变化进行分析。同时测定了CF/PMR-15层间剪切强度、拉伸强度和冲击强度,研究了表面接枝对CF/PMR-15界面强度和韧性的影响。      

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.     

浮动催化CVD法CNTs膜及CNTs膜/环氧复合材料拉伸特性

针对浮动催化化学气相沉积(CVD)法制备的碳纳米管(CNTs)膜,首先采用红外光谱表征分析了包覆在CNTs表面的无定形物质的组成,然后分别采用热处理和酸洗处理方法,考察了CNTs膜中无定形物和残留Fe催化剂对CNTs膜拉伸取向行为的影响。结果表明:采用CVD法制备的CNTs膜中CNTs表面无定形物为含氧或烷烃、烯烃类低聚物,可通过350℃有氧热处理基本去除。该CNTs膜的牵伸取向重排行为受组成影响显著,CNTs表面的低聚物可增强CNTs的管间黏结作用,Fe催化剂颗粒成为CNTs网络结构的交联结点,两者均有利于提高CNTs的取向程度和聚并成束的尺寸,进而提高CNTs膜的拉伸稳定性和断裂韧性。牵伸取向后CNTs膜与环氧树脂溶液的浸润性提高,其CNTs膜/环氧复合材料的拉伸强度和模量达到1228MPa和94.5GPa,相比初始无规CNTs膜/环氧复合材料的分别提高了337%和729%。      

沉积条件对碳纤维表面碳纳米管生长的影响

采用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维(CF)表面原位生长碳纳米管(CNTs)。考察了不同催化剂、沉积温度、氢气流量以及样品距进气口距离等工艺参数对CNTs-CF生长的影响。利用SEM和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对CNTs-CF形貌和微结构进行了表征和分析。结果表明:在CF表面原位生长的CNTs为多壁结构,其中以Ni为催化剂得到的CNTs直径小、分布均匀;在600~750℃温度范围内,随着温度的升高,CNTs直径和长度减小,产量降低;随着氢气流量的增加,CNTs直径和长度均增加;距进气口30cm,在CF表面得到的CNTs覆盖率高、直径小且分布窄,有利于制备高质量CNTs。     

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。     

碳纤维表面原位固相协同生长纳米碳管

在碳纤维(CF)表面直接原位生长碳纳米管(CNTs),可有效避免CNTs分散不均的问题,充分发挥二者的优势,对获得高层间性能的碳纤维增强树脂基复合材料(CNTs-CF/EP)具有重要的意义。本文对CF进行表面改性处理,在CF表面负载催化剂粒子,然后通过原位生长法并在助催化剂噻吩的协同作用下,在CF表面固相生长了CNTs。此方法得到的CNTs-CF,不仅有效避免CNTs在基体中的相互缠绕、难以分散等问题。而且由于生长CNTs的碳源主要来自CF,二者结合强度较高,对提高CNTs-CF/EP的层间性能非常有利。借助于SEM、XRD及FT-IR等分析测试手段,研究了催化剂Ni(NO_3)_2·6H_2O浓度对表面长有CNTs的CF的形貌、结构及其性能的影响。结果表明:在适当的催化剂浓度(0.2mol·L~(-1))负载中,CF表面能够生长出结合牢固、垂直生长且均匀分布的CNTs,但力学性能有所下降。     

高聚物修饰CNTs改性含氟聚氨酯的制备与性能研究

采用等离子体诱导接枝聚合技术修饰碳纳米管(CNTs),进而与含氟聚氨酯(FPU)预聚体反应后,获得CNTs/FPU复合弹性体.结果表明,CNTs/FPU复合弹性体具有优良的低表面能特性(对水的接触角～130°),其拉伸强度为19～32MPa,断裂伸长率为350%～550%.FPU弹性体经聚合物修饰后的CNTs改性后,其...     

聚醚酰亚胺修饰碳纤维及其对聚碳酸酯基复合材料界面和性能的影响

以聚醚酰亚胺(PEI)为修饰剂,对氧化后的碳纤维(CF)进行表面修饰,并通过红外光谱、X射线光电子能谱和扫描电镜(SEM)表征了表面修饰效果。结果表明,氧化处理使CF表面PEI修饰层更加均匀。考察了PEI和CF含量对CF增强聚碳酸酯(PC/CF)复合材料力学性能、导热性能及耐热性能的影响,发现PEI修饰层使PC/CF复合材料的拉伸强度比未经修饰的PC/CF提高了35.2%,维卡软化温度(VST)进一步上升了约2℃,热导率最大提高了13.1%。拉伸样条断面的SEM图确认了PEI修饰层改善了复合材料的界面附着效果。结合复合材料中CF的长度分布统计及样品断面的SEM图对PC/CF复合材料的性能表现进行了分析。     

表面接枝聚丙烯腈的碳纳米管/聚丙烯腈初生复合纤维的制备

碳纳米管(CNTs)被修饰后表面接枝上聚丙烯腈(PAN),采用溶液聚合法合成复合纺丝液,并利用湿法纺丝技术制备PAN/CNTs初生复合纤维。采用FT-IR,HRTEM,TG等方法分析CNTs表面修饰前后状况,用XRD和SEM分析接枝CNTs对PAN初生纤维结构的影响。结果表明:CNTs表面成功接枝上PAN,二者之间具有较强的相互作用力,接枝CNTs的加入使PAN初生纤维的结晶度从36.92%提高到38.81%,晶粒尺寸从4.40nm增大到4.89nm,初生复合纤维的断面结构更加细化。     

基于碳纤维表面修饰制备碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)热塑性复合材料

碳纤维织物增强聚苯硫醚(CFF/PPS)复合材料是重要的热塑性航空复合材料,其难点为提高碳纤维(CF)与基体的浸润性及界面强度。探讨了CF表面修饰对CFF/PPS界面结合强度的影响,对比了热处理去浆及三种表面修饰剂对碳纤维单丝及CFF/PPS复合材料的改性效果。采用X射线光电子能谱分析(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、单丝强度测试、复合材料静力学测试和动态力学分析等手段对CF表面修饰效果进行评价,建立了基于CF表面修饰制备高性能CFF/PPS热塑性航空复合材料的方法。制备的复合材料层间剪切强度达91.4MPa,弯曲强度953.7MPa,拉伸强度797.4MPa,模量68.4GPa,冲击强度58.3kJ/m2,用SEM观察到CF表面包覆大量PPS树脂。     

化学接枝对碳纤维结构及其复合材料的影响

以丙二酸环(亚)异丙酯和多乙烯多胺对碳纤维进行化学接枝反应,并制备了碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料。利用红外光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜、动态力学分析对碳纤维和CF/EP复合材料进行表征和测试,研究了复合材料的力学性能,分析比较了2种接枝反应对碳纤维结构及复合材料界面结合的影响。结果表明,碳纤维表面分别成功接枝了-COOH和-NH2,且多乙烯多胺的接枝反应对碳纤维表面和CF/EP复合材料断面产生的效果更为突出,2种复合材料的拉伸强度分别提高了4.4%和17.5%,Tg分别提高了3.1℃和8.2℃,多乙烯多胺的接枝反应对改善界面更具优势。     

预拉伸对聚丁二酸丁二醇酯/碳纳米管复合材料结晶行为及力学性能影响

以熔融共混法制备了碳纳米管(CNTs)增强的聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合材料,研究了预拉伸对PBS/CNTs复合材料结晶行为及力学性能的影响。CNTs的加入在复合材料中起到了异相成核作用,促进了PBS的结晶,提高了复合材料的力学性能。单轴预拉伸使CNTs与PBS分子链的有序程度同时增加,有序排列的CNTs进一步增加了PBS晶体的取向度,预拉伸与CNTs对复合材料的增强实现了协同作用。然而,加入CNTs以及在不同温度、不同拉伸应变下的预拉伸均未导致PBS晶体结构发生转变。经在60℃预拉伸500%的PBS/CNTs (质量分数5%)复合材料,其拉伸强度达到286.1 MPa、弹性模量达2.9 GPa,实现了对PBS的增强。     

巯基改性碳纳米管的制备与表征

采用一种新颖、高效的方法,将元素硫应用于碳纳米管(CNTs)的表面改性,在CNTs表面通过硫自由基加成随后还原的方法接枝巯基基团,这种改性方法步骤简单、安全,且不会破坏CNTs的内部结构,可以应用于更多领域。利用该方法分别对多壁碳纳米管和单壁碳纳米管进行表面改性,制备了巯基改性碳纳米管,确定了巯基改性多壁碳纳米管的最佳反应条件并采用傅里叶变换红外光谱仪、拉曼光谱仪、热重分析仪和X射线光电子能谱对所制样品进行表征。     

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。     

氧化石墨烯/炭纤维复合增强体的制备及对环氧树脂复合材料界面性能影响

为了改善炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,以对硝基苯胺为原料,通过两步重氮化还原反应,在炭纤维表面共价接枝氧化石墨烯,制备出氧化石墨烯/炭纤维(GO/CF)复合增强体。研究了反应机理,并对改性前后炭纤维表面的化学结构、微观形貌、表面粗糙度、单丝拉伸强度和炭纤维/环氧树脂复合材料的界面性能等进行了测试分析。结果表明,接枝GO后,炭纤维表面粗糙度增加了188%,单丝拉伸强度提高了13. 2%,断裂伸长率增加12. 1%,界面黏结强度提高了80. 2%。     

CNTs的表面改性及其在环氧树脂复合材料中的应用

首先采用浓硫酸/浓硝酸对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行混酸氧化处理,再将氧化后的CNTs与DOPO改性后的硅烷偶联剂(DOPO-KH560)进行改性,制备了DOPO-KH560表面化学修饰的MWC-NTs。在此基础上,将改性前后的CNTs分散在环氧树脂体系中,制成样条,研究了处理前后样条力学性能的变化。材料表面结构的红外光谱(FT-IR)分析表明,CNTs混酸氧化成功,表面成功引入了羟基和羧基,而且DOPO-KH560成功接枝到酸化CNTs上。材料微结构的透射电子显微镜(TEM)观察表明,酸化后MWCNTs被截短,分散性变好,接枝DOPO-KH560后CNTs表面包覆了一层低聚物。对处理后的样条进行力学性能测试并用扫描电镜(SEM)分析观察断面形态的变化。结果表明,环氧树脂中加入CNTs,能有效地增加环氧树脂的韧性和强度,且加入原CNTs、氧化CNTs、改性后的CNTs时增强增韧效果逐渐增加,加入最终CNTs后环氧树脂的增强增韧效果最明显。