酸化处理多壁碳纳米管/氰酸酯树脂复合材料性能

采用酸化处理的多壁碳纳米管（MWCNTs）增强双酚A型氰酸酯-酚醛型氰酸酯（BCE-NCE）树脂。通过SEM、TEM对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料微观结构进行表征,利用DSC、DMA和TG/DTA对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料热性能进行研究,采用电子拉力机对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料力学性能进行测试,采用谐振腔法对MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电性能进行测试。结果表明,混酸处理过的MWCNTs在BCE-NCE树脂基体中的分散效果较好。MWCNTs对BCE-NCE树脂热力学性能影响不大,当MWCNTs添加量为0.8wt%时,BCE-NCE树脂玻璃化转变温度（T_g）从298℃下降到285℃,但仍维持较高水平。当MWCNTs添加量为0.6wt%时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料冲击强度为11.40 kJ/m²,提高了40.7%。MWCNTs的加入增加了BCE-NCE树脂介电常数和介电损耗,当MWCNTs添加量为0.8wt%、频率为1 GHz时,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料介电常数为5.1,介电损耗为0.032。因此,MWCNTs/BCE-NCE树脂复合材料未来可在耐高温复合材料和电子等行业应用。     

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。     

石墨烯多壁碳纳米管/超高分子量聚乙烯导电复合材料的制备及性能

为了比较超高分子量聚乙烯(UHMWPE)在单一填充和混合填充时, 复合材料导电性的差别。在超声和肼的作用下, 通过对氧化石墨烯(GO)、 多壁碳纳米管(MWCNTs)和超高分子量聚乙烯水/乙醇分散液减压蒸馏及热压制备了隔离型MWCNTs/UHMWPE、 石墨烯(GNS)/UHMWPE和MWCNTs-GNS/UHMWPE导电复合材料。经SEM、 TEM测试发现, 导电填料分散于UHMWPE颗粒表面, 热压后形成隔离结构。隔离型的MWCNTs/UHMWPE和GNS/UHMWPE复合材料均表现出较低的导电逾渗(0.148%和0.059%, 体积分数,下同), 但MWCNTs/UHMWPE复合材料的电导率(2.0×10^-2 S/m, 1.0%, 质量分数, 下同)明显高于相同填料含量下的GNS/UHMWPE复合材料。 MWCNTs-GNS/UHMWPE复合材料表现出了更低的逾渗(0.039%) 和较高导电性能(1.0×10^-2 S/m, 1.0%), 其拉伸强度和断裂伸长率随填充剂含量的增加呈现出先上升后下降的趋势。     

氧化石墨烯/多壁碳纳米管影响天然橡胶性能的实验研究

氧化石墨烯（GO）和多壁碳纳米管（MWCNTs）因其良好的力学性能和导热性能,被广泛应用于橡胶填料。为了提高硫化效率,改善天然橡胶的物理性能,本论文将不同配比的GO和MWCNTs与橡胶混炼制备了一种GO/MWCNTs橡胶复合材料。通过测试混炼胶以及硫化胶的各项物理性能得出结论,GO填料与MWCNTs填料二者存在协同作用,并且不同配比的GO与MWCNTs对胶料性能的影响也不同,当MWCNTs填料定量加入6wt%时,随着GO含量的增加：硫化胶的最大转矩M_H与交联密度ΔM值呈增大趋势;焦烧时间t_c10和正硫化时间t_c90先降低,在3wt%后t_c90略有回升,且当GO与MWCNTs含量分别为3wt%和6wt%时,对硫化效率的提升最为明显;当二者同时加入6wt%时,混炼胶与硫化胶的导热率分别提高了25.1%和23.3%;硫化胶的100%定伸应力、300%定伸应力出现升高趋势,在3wt%之后略微下降。综合来看,当GO与MWCNTs添加量分别为3wt%与6wt%时,填料粒子对橡胶的补强效果最佳,其良好的导热性能增...     

多壁碳纳米管对Ti-碳纤维/反应型聚酰亚胺超混杂层板力学性能的影响

为了改善Ti/反应型聚酰亚胺（PMR）树脂界面的黏结强度,从而提高Ti-碳纤维（CF）/PMR超混杂层板的力学性能,本文探究了添加多壁碳纳米管（MWCNTs）对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。将不同质量分数（0wt%、2.5wt%、5.0wt%和7.5wt%）的MWCNTs利用超声分散法均匀分散于PMR树脂中,随后进行Ⅰ型断裂韧性试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板界面性能的影响,最后选取最优含量的MWCNTs同时添加到PMR胶层和CF/PMR树脂中,并进行弯曲试验,探究添加MWCNTs对Ti-CF/PMR超混杂层板力学性能的影响。通过SEM观察和分析了相应的失效模式和增强机制。结果表明:当MWCNTs含量为5.0wt%时,Ⅰ型层间断裂韧性提高了74%;同时添加5.0wt% MWCNTs于PMR胶层和CF/PMR复合材料树脂中,Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能较未添加MWCNTs提高了42%。这是由于MWCNTs在PMR胶层和CF/PMR树脂中的分布均匀性较高,且能分散并承受界面层转移到纤维层的载荷,并利用自身拔出、断裂、桥接、脱黏来吸收并消耗断裂能量,进一步提升Ti-CF/PMR超混杂层板的弯曲性能。      

MWCNTs对环氧树脂及多尺度MWCNTs-碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的影响

通过对胺基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH₂）进行改性,得到改性MWCNTs悬浮液（MWCNTs-NH₂（M））。分别将羧基化MWCNTs （MWCNTs-COOH）和MWCNTs-NH₂（M）分散在环氧树脂（EP）中,采用热熔法制备了多尺度MWCNTs-碳纤维（CF）/EP复合材料。研究了MWCNTs对EP模量、韧性及EP与CF之间界面黏结强度的影响,并分析了MWCNTs与CF上浆剂的作用,评价了多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料的力学性能。结果表明：官能团化的MWCNTs可对EP的模量和韧性起到更好的增强作用。MWCNTs接枝的-COOH或-NH₂可与CF上浆剂中的环氧基团发生化学反应,提高EP与CF之间的界面剪切强度。MWCNTs-NH₂（M）对多尺度MWCNTs-CF/EP复合材料力学性能的增强效果优于MWCNTs-COOH,当MWCNTs-NH₂（M）的含量为1wt%时,多尺度复合材料的0°压缩强度、90°压缩强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击后压缩强度（CAI）分别提高了16.7%、16.3%、40.9%、30.3%、20.6%。     

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。     

多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电常数复合材料的制备与性能

为制备具有高介电常数的复合材料,采用注射成型法制备了原始多壁碳纳米管(P-MWCNTs)/聚偏氟乙烯(PVDF)复合材料和石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNTs)/PVDF复合材料。然后,对P-MWCNTs和G-MWCNTs进行了Raman光谱表征,对MWCNTs/PVDF复合材料进行了断面形貌、力学性能和电学性能测试。结果表明:G-MWCNTs比P-MWCNTs具有更高的纯度和结晶度,两种不同的MWCNTs都能均匀分散在PVDF基体中,添加MWCNTs会显著影响PVDF的力学行为。MWCNTs/PVDF复合材料的介电性能随MWCNTs含量的增加而提高,与P-MWCNTs相比,G-MWCNTs有效降低了复合材料的渗流阈值。当频率为100 Hz时,纯PVDF的介电常数为7.0;当P-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数为23.8;当G-MWCNTs的含量为5wt%时,复合材料的介电常数高达105.0。注射成型法制备的MWCNTs/PVDF复合材料仍保持相对较低的电导率,进而导致复合材料的能量损耗较低,对电荷存储应用具有重要意义。     

多壁碳纳米管功能化及其增韧环氧树脂的研究

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),然后将其与过氧化丁二酸反应,接着对其进行酰胺功能化处理,并用功能化后的MWCNTs对环氧树脂(EP)进行增韧改性,研究了不同含量MWCNTs对EP力学性能的影响,探讨了其改性机理.研究结果表明,经过功能化处理,MWCNTs表面成功接上了一定数量的酰胺基团,将其加入到EP中可大幅度提高EP的冲击强度,在其用量为1.5wt%时,冲击强度提高了92%;SEM结果显示,加入MWCNTs后EP由脆性断裂转变为韧性断裂.     

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。     

环氧化功能碳纳米管改性氨基PPS

聚苯硫醚（PPS）是绝缘和疏水性材料,一定程度上限制了其在某些特定领域的应用。利用氨基改性PPS（NPPS）,并利用环氧功能化多壁碳纳米管（EFMWCNTs）与NPPS共价作用形式,采用溶液共混制备了EFMWCNTs/NPPS导电复合材料。利用FTIR、XPS、XRD、FESEM、TEM、DSC、TGA和半导体粉末电导率测试仪系统表征了复合材料的结构与性能。表征结果显示:PPS的链段上引入氨基后,PPS的熔融峰和结晶峰消失。NPPS利用EFMWCNTs进一步改性后,EFMWCNTs/NPPS导电复合材料的热稳定性相比NPPS增加,原因是EFMWCNTs与NPPS之间的共价作用有效提高了EFMWCNTs在NPPS中的分散性。EFMWCNTs/NPPS复合材料的电导率随EFMWCNTs添加量增加而增加,添加10wt%的EFMWCNTs时,复合材料的电导率为6.1×10-2 S/cm。      

三元氯醋树脂/环氧基导电油墨的制备及性能

为提高环氧导电油墨的柔韧性,采用三元氯醋树脂（E15/45M）对环氧树脂E51增韧改性,并以2-乙基-4-甲基咪唑（2E4MI）为固化剂,银包铜粉为导电填料,制备柔性导电油墨。结果表明:导电油墨的体积电阻率随导电填料的用量增加而降低。随2E4MI用量的增加,导电油墨的体积电阻率呈现先降低后增加的趋势,2E4MI与E51的最佳质量比为1∶5。进一步探讨发现导电油墨的最佳固化温度和时间分别为105 ℃和2.5 h。E15/45M不仅可以提高导电油墨的柔韧性,还可以有效降低体积电阻率。随着E15/45M用量增加,E15/45M/E51-2E4MI胶膜的玻璃化转变温度从91.5 ℃降低至58.0 ℃,导电油墨的体积电阻率从27.5×10-4 Ω·cm降低至9.50×10-4 Ω·cm。E51-2E4MI与E15/45M的质量比为50∶50,导电填料用量为70wt%时,导电油墨体积电阻率达到9.57×10-4 Ω·cm,附着力等级为0,涂层反复折叠20次后电阻变化率小于80%。因此采用E15/45M增韧环氧树脂既可以提高导电油墨的柔韧性又可以改善其导电性。      

多壁碳纳米管的辐照处理及其对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料热性能的影响

在空气中用高频高压电子加速器辐照多壁碳纳米管(MWCNTs),采用红外光谱、能谱分析、拉曼光谱和透射电镜表征分析辐照处理对碳纳米管结构的影响;通过原位复合法制备MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料.采用场发射扫描电镜、热失重分析和动态力学分析研究辐照处理MWCNTs对环氧树脂热稳定性的影响.结果表明:电子束辐照处理使MWCNTs表面接入了少量的含氧基团,同时破坏了MWCNTs的完整结构,当辐照剂量为170 kGy时,接枝含氧基团的量最多(约为4％),且结构破坏程度较小.与原始MWCNT/EP体系相比,经电子束辐照处理后的MWCNTs在EP中分散得更均匀,并能使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度较纯EP有所提高,在EP中加入质量分数0.5％的经170kGy辐照处理后的MWCNTs,能够使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度分别提高约14℃和8℃.     

碳包钴纳米颗粒/聚二甲基硅氧烷复合热界面材料的制备和性能

为了制备具有良好的热导率、热稳定性、导电性和柔顺性的纳米颗粒填充硅树脂复合材料,首先以乙基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)为基体材料,以碳包钴纳米颗粒(C@Co)为填料,采用研磨共混法制备了C@Co/PDMS复合热界面材料。然后,运用TEM、XRD、Raman和SEM分别对C@Co的微观结构、物相、石墨化程度和分散性进行了研究。最后,研究了C@Co含量对复合热界面材料的热导率、热稳定性、导电性和柔顺性的影响。结果表明:该复合热界面材料的热导率随着C@Co含量的增加而增大,当C@Co的含量为24wt%时,复合材料的热导率达到最大值1.64 W/(m·K),比纯PDMS的提高了10.7倍;TG分析表明,添加24wt%的C@Co后,复合材料的起始分解温度和最终分解温度比纯PDMS的分别提高了约70℃和80℃,说明C@Co能提高复合材料的热稳定性;随着C@Co含量的增加,复合热界面材料的电导率非线性增大,拟合试差计算的逾渗阀值为10wt%,即C@Co含量小于10wt%时复合材料的绝缘性良好,而填充24wt%的C@Co时复合材料的电导率为9.38×10-3 S·m-1;复合材料的硬度适中,处于17.6~26.8HA范围内,表明该复合材料的柔顺性较好。因此,24wt%C@Co/PDMS复合材料不仅能满足热界面材料电性能的基本要求,且具有良好的热导率、热稳定性和柔顺性。     

多壁碳纳米管-有机蒙脱土协同增韧环氧树脂

采用机械搅拌和离心分散的方法制备了多壁碳纳米管-有机蒙脱土/环氧树脂复合材料。X射线衍射分析表明,当有机蒙脱土含量为2 wt%时, 蒙脱土在树脂体系中能够形成离散性结构。断裂韧性测试结果表明,多壁碳纳米管和有机蒙脱土的混杂对环氧树脂具有协同增韧的作用。当有机蒙脱土含量为2 wt%,多壁碳纳米管含量为0.1 wt%时,所得复合材料的断裂韧性是纯环氧树脂的1.77倍,是2 wt%有机蒙脱土/环氧树脂复合材料的1.45倍,是0.1 wt%多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的1.39倍。扫描电镜分析表明,多壁碳纳米管在环氧树脂体系中分散均匀,并与有机蒙脱土片层形成了一定程度的相互穿插和咬合,多壁碳纳米管与有机蒙脱土协同增韧的主要原因是微裂纹增韧、剪切屈服与纤维拔出。      

The thermal conductivity of embedded nano-aluminum nitride-doped multi-walled carbon nanotubes in epoxy composites containing micro-aluminum nitride particles

Amino-functionalized nano-aluminum nitride (nano-AlN) particles were doped onto the surfaces of chlorinated multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) to act as fillers in thermally conducting composites. These synthesized materials were embedded in epoxy resin. Then, the untreated micro-aluminum nitride (micro-AlN) particles were added to this resin, whereby the composites filled with nano-AlN-doped MWCNTs (0, 0.5, 1, 1.5, 2 wt%) and micro-AlN (25.2, 44.1, 57.4 vol%) were fabricated. As a result, the thermal diffusivity and conductivity of all composites continuously improved with increasing nano-AlN-doped MWCNT content and micro-AlN filler loading. The thermal conductivity reached its maximum, which was 31.27 times that of the epoxy alone, when 2 wt% nano-AlN-doped MWCNTs and 57.4 vol% micro-AlN were added to the epoxy resin. This result is due to the high aspect ratio of the MWCNTs and the surface polarity of the doped nano-AlN and micro-AlN particles, resulting in the improved thermal properties of the epoxy composite.     

聚乙烯/马来酸酐接枝聚合物修饰多壁碳纳米管

多壁碳纳米管(MWCNTs)与混酸(浓硫酸∶浓硝酸体积比为3∶1)和无水乙二胺进行酸化、胺化反应使MWCNTs表面产生羧基和氨基基团,进而与聚乙烯/马来酸酐接枝聚合物(PE-g-MA)发生开环反应制备PE-g-MWCNTs,以提高MWCNTs在聚乙烯基体中的分散性。采用红外光谱、X-射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对MWCNTs的化学修饰进行定性表征。结果表明:当MWCNTs的体积分数为0.67%时,MWCNT/PE复合材料的体积电阻率发生渗流突变。MWCNTs的体积分数在0.1%～1.2%时,MWCNT/PE复合材料体积电阻率由1016Ω.m下降至105Ω.m。     

Electrical conductivity enhancement of polymer/multiwalled carbon nanotube (MWCNT) composites by thermally-induced defunctionalization of MWCNTs

We report a thermally-induced increase of electrical conductivity of polymer/multiwalled carbon nanotube (MWCNT) composites using Diels-Alder-adduct-modified MWCNTs as additives. Thermal treatments of the composites induce the defunctionalization of the modified MWCNTs through retro-DA reaction, consequently to recover the electrical conductivity of MWCNTs and to increase the conductivity of PVDF/MWCNT composites. For the composites possessing 0.5 wt % of MWCNTs, thermal treatment increases the electrical conductivity from 2 × 10(-12) S cm(-1) to 4 × 10(-8) S cm(-1) and significantly reduces the value of percolation threshold. Meanwhile, the thermal treatment does not alter the mechanical properties of the composites.     

Effects of carbon nanotube alignment on electrical and mechanical properties of epoxy nanocomposites

This paper reports the alignment of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) in an epoxy matrix as a result of DC electric fields applied during composite curing. Optical microscopy and polarized Raman spectroscopy are used to confirm the CNT alignment. The alignment of CNTs gives rise to much improved electrical conductivity, elastic modulus and quasi-static fracture toughness compared to those with CNTs of random orientation. An extraordinarily low electrical percolation threshold of about 0.0031 vol% is achieved when measured along the alignment, which is more than one order of magnitude lower than 0.034 vol% with random orientation or that measured perpendicular to the aligned CNTs. The examination of the fracture surfaces identifies pertinent toughening mechanisms in aligned CNT composites, namely crack tip deflection and CNT pullout. The significance of this paper is that the technique employed here can tailor the physical, mechanical and fracture properties of bulk nanocomposites even at a very low CNT concentration.