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。     

双亲无规共聚物修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备与性能

通过自由基聚合法制备无规共聚物聚甲基丙烯酸缩水甘油酯/N-乙烯基咔唑P(GMA-co-NVC),并将其对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行非共价键表面修饰得到P(GMA-co-NVC)/MWCNTs,再与环氧树脂(EP)复合,采用浇注成型法制备聚合物改性碳纳米管/环氧树脂复合材料。通过拉伸实验、电阻率测试和差式扫描量热法研究聚合物改性碳纳米管对环氧树脂力学、电学和热学性能的影响。结果表明:修饰后的碳纳米管比原始碳纳米管对环氧树脂有更明显的增强和增韧作用,当P(GMA-co-NVC)/MWCNTs质量分数为0.25%时,复合材料的体积电阻率为106Ω·m,相比于纯环氧树脂(1014Ω·m)下降了8个数量级,玻璃化转变温度(Tg)也由144℃提高至149℃。     

氨基化多壁碳纳米管的制备及其在复合材料中的应用

采用不同链长的乙二胺(EDA)、己二胺(HMDA)和癸二胺(DMDA)对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行了修饰.利用红外光谱、拉曼光谱、透射电镜及X射线光电子能谱对二元胺修饰的MWCNTs的化学结构进行了表征.结果表明:二元胺可以有效地修饰MWCNTs.经胺化修饰后,MWCNTs-EDA、MWCNTs-HMDA、MWCNTsDMDA表面的N元素含量可分别达到3.52%、4.18%和2.88%,表明在相同的氨化条件下,己二胺的接枝率最高.进一步采用紫外-可见吸收光谱及全能稳定性分析仪对不同链长的二元胺修饰的氨基化MWCNTs在有机溶剂中的分散性进行了半定量的表征.结果显示:氨基化修饰有效改善了碳纳米管在极性溶剂中的分散稳定性,其中己二胺修饰的MWCNTs在乙醇中的分散稳定性最好.将MWCNTs-HMDA引入到传统的炭纤维/环氧树脂复合材料体系中,复合材料的冲击性能及弯曲性能均有较大提高.     

改性碳纳米管处理碳纤维的效果表征

采用浓硫酸/浓硝酸氧化处理多壁碳纳米管(MWCNTs),再将氧化后的碳纳米管与硅烷偶联剂(KH560)进行接枝,制备了硅烷偶联剂表面化学修饰的MWCNTs。在此基础上,将改性前后的碳纳米管分散在环氧树脂体系中,涂覆处理碳纤维。研究处理前后碳纤维力学性能和界面性能的变化。通过红外光谱(FTIR)和透射电镜(TEM)分析,表明KH560已成功接枝到多壁碳纳米管上;通过分散性实验证明了改性后的碳纳米管分散性提高;对处理后的碳纤维进行力学性能测试,并用扫描电镜(SEM)观察分析断面形态变化,结果表明,当碳纳米管的含量为0.5%时,改性碳纳米管处理的碳纤维拉伸强度和拉伸模量分别提高23.83%和7.11%,界面性能增强。     

反应性碳纳米管及其复合材料的制备与性能

本工作制备出了一种反应性碳纳米管/环氧稀释剂的纳米混杂增强体以及碳纳米管/环氧树脂复合材料,同时对修饰的碳纳米管进行了红外和X射线光电子能谱的表征。反应性碳纳米管与稀释剂的比例为1∶7,碳管在复合材料中的含量为0.5%(质量分数)。研究表明,这种纳米增强体对提高材料的性能及碳管在基体中的分散有很好的效果,环氧树脂的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别提高了37.5%,40.0%和207%。同时玻璃化转变温度提高了17℃,并从活化能看出此增强体具有更高的反应活性。     

碳纳米管/碳纤维环氧树脂复合材料的制备及力学性能

对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性处理,得到表面接枝1,3,5-苯三甲酸的碳纳米管(B-MWCNTs)。分别将MWCNTs和B-MWCNTs分散在环氧树脂基体及上浆剂中,通过缠绕成型法制备含有MWCNTs的碳纤维增强环氧树脂预浸料,并采用热压成型工艺制备MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板。结果表明,B-MWCNTs在环氧树脂基体和上浆剂中的分散状态明显优于MWCNTs。添加B-MWCNTs后复合材料的玻璃化转变温度(Tg)和失重5%时对应的温度均有所提高。而且,添加B-MWCNTs可以明显提高碳纤维环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs含量为0.5%(质量分数)时,B-MWCNTs/碳纤维环氧树脂复合材料层合板的压缩强度、层间剪切强度和冲击后压缩强度(CAI)分别提高了14.3%,37.1%和23.4%。     

多壁碳纳米管改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料的力学性能

用强酸氧化法与等离子体镀膜法分别对原始多壁碳纳米管(MWCNTs)进行表面修饰,制备了MWCNTs改性氰酸酯/环氧树脂基纳米复合材料。对复合材料的断裂面进行SEM分析,研究了表面处理方法对复合材料室温及低温力学性能的影响。结果表明,经等离子体镀膜表面修饰后的MWCNT在基体中分散更为均匀,与基体的界面结合力更强。经等离子体镀膜表面改性后的MWCNTs复合材料,当MWCNTs质量分数为0.3%时,其室温及低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度较纯氰酸酯/环氧树脂基体均有不同程度的提高。     

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。     

不同官能化碳纳米管对MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

为研究加入不同官能化碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响,通过对羧基化多壁碳纳米管(MWCNTsCOOH)进行化学处理,得到表面接枝乙二胺的碳纳米管(MWCNTs-EDA)。分别将MWCNTs-COOH和MWCNTs-EDA分散在环氧树脂中,通过热熔法制备环氧树脂中含有碳纳米管的T700碳纤维预浸料,并热压成准各向同性复合材料层合板。结果表明:MWCNTs-EDA在环氧树脂中的分散性优于MWCNTs-COOH,MWCNTsEDA本身具有固化反应活性,加入后对基体的交联密度影响较小。与MWCNTs-COOH相比,MWCNTs-EDA可以有效改善环氧树脂及碳纤维/环氧树脂复合材料的力学性能。当MWCNTs-EDA含量为1.0wt%时,MWCNTs-碳纤维/环氧树脂准各向同性复合材料层合板的压缩性能、弯曲性能和冲击后压缩强度分别提高了14.7%、40.9%和20.6%。     

碳纳米管/聚砜纳米纤维增强增韧环氧树脂的研究

利用静电纺丝技术制备了碳纳米管/聚砜复合纳米纤维.由于碳纳米管的增强作用、聚砜的增韧作用以及聚砜纳米纤维良好的相容性,使得该复合纳米纤维对环氧树脂基体能够同时起到增强和增韧效果.应用透射和扫描电子显微镜表征了碳纳米管/聚砜复合纳米纤维的直径分布,通过测试拉伸和冲击性能分析了复合纳米纤维对环氧树脂的增强和增韧作用,对断裂表面微观形貌进行了观察,并测试了添加复合纳米纤维的环氧树脂动态力学性能.与环氧树脂基体相比,含3wt%CNTs的复合纳米纤维增强增韧环氧树脂的拉伸强度和模量分别提高13.9%和14.2%,冲击强度提高18.3%.     

Effect of pyrene-modified multiwalled carbon nanotubes on the properties of epoxy composites

The block polymer of poly(styrene-b-pyrene) (PS-b-PAH) containing pyrene units was successfully applied on the surface of multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) and the properties of nanocomposites were enhanced. The morphology of the modified MWNTs was characterized by transmission electron microscopy (TEM), and the results showed that PS-b-PAH helped effectively the MWNTs to disperse well in epoxy matrices, and these dispersed MWNTs were stabilized by the pyrene modifier. The mechanical properties of the composites, such as impact toughness and flexural strength, and the electrical conductivity of the nanocomposites, are improved significantly after the treatment of the MWNTs using PS-b-PAH. The results show that the mechanical and electrical properties of the modified MWNTs/epoxy composites with PS-b-PAH are obviously superior to those of pristine MWNTs/epoxy composites. The enhanced interfacial interactions lead to good dispersion of MWNTs in epoxy matrices, thus enhancing the mechanical and electrical properties of the nanocomposites.     

磨碎玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

用硅烷偶联剂对磨碎玻璃纤维表面进行改性,并制备玻璃纤维/环氧树脂复合材料,采用超声分散对复合材料分散处理,探讨不同磨碎玻璃纤维粉质量比对环氧树脂基复合材料压缩、拉伸性能的影响。研究表明,添加磨碎玻璃纤维后,环氧树脂的强度和硬度显著增强。当磨碎玻璃纤维掺量在15%~25%之间时,复合材料的综合力学性能最好,其压缩强度、压缩模量、拉伸强度最高达到67.1 MPa、1.68 GPa、57.6 MPa,与纯环氧树脂相比提高了24%、35%、34%;断裂伸长率随着掺量的增加逐渐降低,当含量达到30%时比纯环氧树脂的降低了48%,表明添加玻璃纤维粉后环氧树脂脆性增强。目数小粒径较大的玻璃纤维粉对环氧树脂力学性能增强效果更优,但影响程度不如含量对复合材料力学性能的影响大。     

Structure,mechanical and thermal properties of BMI/E-44/CNTs ternary composites via amination method

Multi-walled carbon nanotubes(CNTs) were modified by an amination treatment with hexamethylenediamine(HMD), and then bismaleimide(BMI)/epoxy(E-44)/CNTs ternary composites were prepared using modified CNTs as the reinforcement via a simple mixing and curing molding method. The results show that the surfaces of CNTs are grafted polymer with the thickness of 3 nm and the dispersity of surface grafted carbon nanotubes(SG-CNTs) in the resin composites can be improved. The prepared composites contain C-C, C-N, C=O and-COOH groups and can keep a smooth surface. In addition, the composites have the flexural strength of 152 MPa, the tensile strength of 73 MPa and the impact strength of 87 k J m~(-2),respectively, when the weight ratio of BMI to E-44 is 1:8 and the content of SG-CNTs is 2 wt%. However,the thermal stability of the composites with SG-CNTs is a little lower than that of the composites without SG-CNTs.     

废胶粉/空心玻璃微珠改性环氧树脂的结构与性能

研究了微波辐射改性废胶粉(WRP)、偶联剂改性空心玻璃微珠(HGM)对环氧树脂复合材料的结构和性能的影响.采用差示扫描量热、热重分析等方法进行测试和表征,用扫描电镜观察了复合材料的断面形态.结果表明,少量合适粒径的改性WRP可以提高环氧树脂复合材料的冲击强度,适量的改性HGM可以提高复合材料的T<,g>和弯曲强度,并改...     

Influence of nanotube content on the mechanical and thermo-mechanical behaviour of –COOH functionalized MWNTs/epoxy composites

Functionalized multi-wall carbon nanotubes (MWNTs) with carboxylic acid group (–COOH) have been utilized for the preparation of epoxy nanocomposites. Composites were synthesized using three different wt% (0.5, 0.75 and 1) of MWNTs via the solution mixing technique followed by ultrasonication. Mechanical and thermo-mechanical properties of the fabricated composites have been experimented for the suitability of this material in a variety of structural applications. The flexural modulus, strength, hardness, impact strength and storage modulus increased upon increasing MWNTs contents. Best results have been observed in nanocomposites with 0.75 wt% nanotubes loading, which showed 101, 166 and 61% enhancement in the flexural modulus, hardness and storage modulus, respectively, compared to neat epoxy. Achievement of uniform dispersion and hence formation of improved interface between nanotubes and epoxy was the reason behind the maximum enhancement at this wt%, which is further evidenced by the fracture surface morphology obtained from microscopical investigations.     

超声振荡对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂复合材料导电性能的影响

借助超声振荡工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在VARTM用环氧树脂(EP)中的分散,通过真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺制备了MWNTs/EP复合材料试样并研究试样的导电性能。结果表明,随着超声振荡时间、功率和频率的增大,不同MWNTs添加量的试样导电性能均呈现出先升高后降低的趋势。在超声振荡时间90min、功率80 W和频率45kHz附近分别达到了阈值,MWNTs的添加量仅1%就可以达到降低纯EP表面电阻率(1012Ω·cm)近4个数量级的要求。实验还运用扫描电镜(SEM)证实了MWNTs在EP中的分散情况。     

Thermo-physical properties of epoxy nanocomposites reinforced with amino-functionalized multi-walled carbon nanotubes

The modification of multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) with amine groups was investigated by FTIR, Raman spectroscopy and XPS after such steps as carboxylation, acylation and amidation. Nanotube-reinforced epoxy polymer composites were prepared by mixing amino-functionalized MWNTs with epoxy resin and curing agent. DSC, TGA, SEM and flexural test were used to investigate the thermal and mechanical properties of the composites. The results showed that amino-functionalized MWNTs could enhance the interfacial adhesion between the nanotubes and the matrix, thus greatly improve the thermal and mechanical properties of the resin epoxy bulk material.     

苯酚电聚合膜修饰炭纤维表面对环氧基复合材料性能的影响

将连续炭纤维束用自制的空气梳分散成单丝状长带后, 通过采用循环伏安法的电化学方法将单体苯酚在炭纤维表面聚合成膜, 对炭纤维进行表面修饰, 以提高复合材料中炭纤维与树脂基体的界面粘结性能。红外光谱分析表明, 苯酚电聚合膜能够增加炭纤维表面的羟基、 醚键等活性官能团, 从而提高炭纤维与环氧树脂基体的界面粘结强度。与未进行表面修饰的炭纤维增强环氧树脂复合材料相比, 以聚苯酚膜修饰的炭纤维单丝带增强的环氧树脂基复合材料横向拉伸强度最大提高了90%, 纵向拉伸强度最大提高了45%, 层间剪切强度最大提高了110%。实验也表明, 将炭纤维束分散成炭纤维单丝带后能够更有效地增强复合材料的各项力学性能。      

橡胶改性对硼纤维/环氧单向复合材料力学性能的影响

对环氧树脂进行液体丁腈橡胶改性, 并采用缠绕无纬布层压成型工艺制备了硼纤维/环氧单向复合材料。测试了环氧树脂液体丁腈橡胶改性前后硼纤维/环氧单向复合材料的力学性能, 研究了硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式。结果表明, 基体中的10%液体丁腈橡胶使硼纤维/环氧单向复合材料的拉伸强度、 弯曲强度、 层间剪切强度和断裂延伸率分别提高了18.42%、 13.39%、 28.45%和43.40%, 但其拉伸和弯曲模量稍有下降。基体中含10%液体丁腈橡胶的硼纤维/环氧单向复合材料的纵向拉伸破坏模式为界面层的内聚破坏和脱黏破坏共存的混合破坏。      

氧化石墨烯改性玄武岩纤维及其增强环氧树脂复合材料性能

为了改善玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的界面性能,通过偶联剂对氧化石墨烯进行改性,并将改性后的氧化石墨烯引入到上浆剂中对玄武岩纤维进行表面涂覆改性,同时制备了氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料.采用FTIR表征了氧化石墨烯的改性效果;运用SEM分析了改性上浆剂处理对玄武岩纤维表面及复合材料断口形貌的影响和作用机制.结果表明:偶联剂成功接枝到氧化石墨烯表面;玄武岩纤维经氧化石墨烯改性的上浆剂处理后,表面粗糙度及活性官能团含量增加,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂界面处的机械齿合作用及化学键合作用增强,界面黏结强度得到改善,玄武岩纤维的断裂强力提高了30.8%,氧化石墨烯-玄武岩纤维/环氧树脂复合材料的层间剪切强度提高了10.6%.