碳纳米管树脂基复合材料阻尼性能的研究进展

阐述了碳纳米管复合材料同传统阻尼材料相比的优点,论述了阻尼性能的阻尼机理和研究概况,展望了碳纳米管树脂基复合材料的应用前景,提出了碳纳米管树脂基复合材料发展中存在的问题及今后的研究方向。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料性能的研究进展

碳纳米管由于具有超高的强度、良好的韧性、导电性以及低密度等优异性能,是聚合物材料较为理想的增强填料。近年来,碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究已成为碳纳米管应用研究的一个热点。本文介绍了碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能、电性能、热性能、摩擦性能、吸波性能以及阻尼性能;并结合国内外研究现状,探讨了该复合材料存在的问题,对未来的发展方向进行了展望。     

碳纳米管改性泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能

采用一种新型简易的化学气相沉积法(CVD)直接在泡沫镍表面均匀地沉积生长碳纳米管(CNTs),然后通过真空导入模塑成型工艺(VIMP)将选定的环氧树脂体系填入表面负载CNTs的泡沫镍孔洞,制备CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料。利用FE-SEM、TEM和Raman对在不同反应温度条件下泡沫镍表面形貌和所生成CNTs的形貌、结构及石墨化程度进行了表征,并采用动态机械分析仪(DMA)研究了CNTs对泡沫镍/环氧树脂复合材料阻尼性能的影响。结果表明:当反应温度为680℃时,在泡沫镍表面可获得较好的CNTs沉积效果,且所生成的CNTs石墨化程度和纯度较高且直径尺寸较为均匀。同时所制备的CNTs-泡沫镍/环氧树脂复合材料比泡沫镍/环氧树脂复合材料,最大损耗因子tanδ_(max)从0.69提高到0.78,玻璃化转变温度Tg从60℃偏移到68℃,有效阻尼温域ΔT从39℃扩宽到44℃,整体阻尼性能提高了18.9%。     

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%。     

碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展

概述了碳纳米管及环氧树脂的性质,分别介绍了物理共混法和化学改性法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料;主要涉及多壁碳纳米管/环氧树脂和单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学和力学性能以及碳纳米管与环氧树脂之间的界面相互作用,并讨论了碳纳米管在环氧树脂中的分散效果、取向作用等对此类复合材料性能的影响;最后探讨了该研究领域存在的问题及今后可能的发展方向.     

碳纤维/碳纳米管-环氧树脂复合材料的耐老化性能

将环氧树脂基体与氨基化碳纳米管(MWNTs)复合,制备了碳纤维/氨基化碳纳米管-环氧树脂(CF/MWNTs-EP)复合材料。表征CF/MWNTs-EP三相复合材料的断面,并在标准条件下测试其冲击、拉伸等力学性能,研究了耐老化性能。结果表明:氨基化碳纳米管的加入明显提高了材料的耐盐雾性、耐热氧老化性和耐湿热性能。氨基化碳纳米管的加入改善了纤维与基体树脂间的界面性能,同时,促进了环氧树脂的固化,降低孔隙率,导致耐老化性能显著提高。当MWNTs-NH2的添加量(质量分数)为1.0%时,在72h和168h不同盐雾时间下,三相复合材料的耐盐雾老化性比CF/EP复合材料分别提高了61.8%和67.5%。在48h、96h和168h热氧老化时间下,三相复合材料的耐热氧老化性比CF/EP复合材料分别提高了43.5%、48.5%和41.7%。在72h和168h不同湿热时间下,三相复合材料的耐湿热老化性比CF/EP复合材料分别提高了52.8%和60.0%。     

碳纳米管／环氧树脂复合材料的研究

研究了碳纳米管（CNTs）／环氧树脂复合材料的分散性能及电性能。探讨了碳纳米管的含量、管径和稀释剂的用量对环氧树脂电学性能的影响，并用透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）对其进行表征。结果表明，碳纳米管的分散和含量对环氧树脂的电性能影响很大，而加入碳纳米管能够使环氧树脂由绝缘体变为导体（电阻率〈^10mΩ·cm）。     

环氧树脂混杂复合材料的阻尼性能研究

从本文研究的混杂复合材料阻尼特性的影响因素看,玻璃纤维和碳纤维混杂复合材料中两种纤维对阻尼性能和力学性能的作用和贡献是不同的。经GF/CF混杂后,复合材料的阻尼性能符合混合率,阻尼因子界于GF复合材料和CF复合材料的之间。另外,纤维zk强复合材料的模量变化和玻璃化转变温度受所加纤维的种类、含量和混杂效果的影响。     

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。     

羧基化碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及其性能研究

首先用混酸法对碳纳米管(CNTs)进行酸化,制得羧基化碳纳米管(C-CNTs)。以C-CNTs作为填料,采用溶剂混合法制备了羧基化碳纳米管/环氧树脂(C-CNTs/EP)复合材料,通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、电子万能试验机、宽频介电阻抗谱仪等对产物进行了表征和分析测试。结果表明：CNTs经羧基化后,长径比相对变小,搭接和缠绕程度相对降低,当C-CNTs质量分数为2%时,C-CNTs/EP复合材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度分别比EP提高46.1%、27.1%和33.5%;玻璃化转变温度比EP提高8.6℃;当C-CNTs质量分数超过1%,C-CNTs/EP复合材料的介电常数随C-CNTs质量分数的增加而快速增大。     

碳纳米管改性对环氧树脂复合材料热学和电学性能的影响

分别采用混酸(浓H2SO4和浓HNOs)、浓HNOs、浓NaOH及浓H2SO4/H2O2对碳纳米管(CNTs)在室温下进行表面处理,通过FTIR、SEM、DSC和TGA研究了各改性方法对CNTs/环氧树脂(EP)复合材料热性能和电性能的影响.结果表明,混酸处理使CNTs在EP中的分散性、EP的玻璃化温度和热分解温度都显著提高,其它3种方法也有这种作用,相比较而言,H2SO4/H2O2和HNO3的改性作用稍差,而NaOH的最差.4种处理方法都使复合材料的导电性能、介电常数以及介电损耗显著下降,其中混酸处理使上述性能下降的程度最高,其次为H2SO4/H2O2处理,NaOH处理和HNO3处理对电性能影响较小.     

纳米碳管/环氧树脂纳米复合材料的研究

采用熔融混合法合成了不同纳米碳管含量的纳米碳管/环氧树脂复合材料,测试了弯曲性能、冲击强度,并利用扫描电镜(TEM)对产物进行了表征,同时,针对纳米碳管对环氧树脂电学性能的影响做了初步研究。结果表明,当纳米碳管含量为0.05%时,纳米碳管/环氧树脂复合材料的冲击强度、弯曲强度最高,弯曲强度提高100%,弯曲模量提高41%,冲击强度提高4倍,纳米碳管在环氧树脂基体中呈单根分散,纳米碳管使环氧树脂的体积电阻下降,导电性增加。     

Vibration Damping of Carbon Nanotube Assembly Materials

Vibration reduction is of great importance in various engineering applications, and a material that exhibits good vibration damping along with high strength and modulus has become more and more vital. Owing to the superior mechanical property of carbon nanotube (CNT), new types of vibration damping material can be developed. This paper presents recent advancements, including our progresses, in the development of high‐damping macroscopic CNT assembly materials, such as forests, gels, films, and fibers. In these assemblies, structural deformation of CNTs, zipping and unzipping at CNT connection nodes, strengthening and welding of the nodes, and sliding between CNTs or CNT bundles are playing important roles in determining the viscoelasticity, and elasticity as well. Toward the damping enhancement, strategies for micro‐structure and interface design are also discussed.

     

Damping Performances of Carbon Nanotube Reinforced Cement Composite

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were dispersed in an aqueous cement matrix using surfactant decoration, ultrasonic treatment, and, subsequently, intensive mixing to fabricate MWCNT/cement composites with six different MWCNT concentrations. Damping performances of these cured nanocomposites were studied with forced vibration testing, half-power bandwidth, and Morlet wavelet transform identification methods. The micro-crack bridging and interfacial “stick-slip” capacity of nanotubes among cement matrix contributes to balanced enhancement on structural damping capacity and flexural strength of the nanocomposite. With the addition of 2.0% nanotubes, the fundamental frequency, damping ratio, and flexural strength of the nanocomposite increases around 13 Hz, 60, and 32%, as compared to the reference, respectively.     

碳化硅颗粒填充的碳纳米管/环氧树脂复合材料的吸波性能

以碳纳米管、碳化硅颗粒为原料制备环氧树脂复合吸波材料,并对其吸波性能进行测试,研究了碳纳米管、碳化硅颗粒含量与复合材料吸波性能的关系.结果表明碳纳米管、碳化硅颗粒的含量对复合材料的吸波性能有较大影响.随碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的吸波性能先提高后降低,碳纳米管含量存在最佳值(12%,质量分数).将碳...     

表面官能团化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

本文首先将多壁碳纳米管(MWNT)进行表面化学修饰,接入羧基、胺基等官能团,采用红外光谱进行了表征.以纯化后的MWNT和表面化学修饰的MWNT作为填料,制备了MWNT /环氧树脂复合材料,研究了MWNT的加入对环氧树脂的力学性能、电学性能、热稳定性和玻璃化转变温度等的影响,并利用场发射电镜观察了胺基化MWNT在环氧树脂基体中的分散情况.     

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。     

碳纳米管/聚合物基复合材料的研究进展

简要介绍了碳纳米管的结构及其分散性,说明碳纳米管具有一维结构及中空的内部结构,极高的化学稳定性,易于团聚.影响碳纳米管分散体系稳定性的关键是空间效应,所以末端亲水基团的结构和性能将明显影响碳纳米管的分散.碳纳米管在基体中的良好分散使复合材料力学性能大幅度提高,并且由于其优良的光电性能,加入碳纳米管也可显著提高复合材料的光电性能和导电性能.此外,碳纳米管石墨层的本质及独特的结构和尺寸,使碳纳米管在提高复合材料的热性能方面也有很大贡献.     

碳纳米管-玻璃纤维织物增强环氧复合材料的结构与性能

通过物理沉积法和静电吸附法在玻璃纤维织物(GF)表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs),制备GF-d-CNTs和GF-a-CNTs两种多尺度增强体,采用真空灌注工艺制备MWCNTs-GF增强环氧复合材料。采用静态、动态力学法、扫描电镜、红外光谱等分析手段,对复合材料的拉伸、弯曲、层间剪切、黏弹性和微观组成结构表征。结果表明:MWCNTs包覆于GF表面形成"倒刺"结构,并通过啮合作用增强了复合材料界面的强度和树脂韧性,提高了复合材料的玻璃化温度(Tg)等;与纯GF复合材料相比,GF-d-CNTs复合材料的拉伸强度和模量分别提高14.5%和37.9%,弯曲强度和模量分别提高26.2%和36.6%,层间剪切强度提高31.5%;GF-a-CNTs复合材料的Tg提高了8.9℃。