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。     

混杂功能化碳纳米管/聚氨酯复合材料的制备及性能

以多壁碳纳米管（MWNTs）为原料,采用不同改性方法制得了羧化碳纳米管（MWNTs-COOH）、共价功能化碳纳米管（MWNTs-NH₂）、非共价功能化碳纳米管（MWNTs-PPA）和混杂功能化碳纳米管（MWNTs-COOH-PPA）,将这4种改性碳纳米管按不同质量分数分别加入聚氨酯（PU）中制备了复合材料。使用万能材料试验机和热失重分析仪测试了复合材料的力学和热学性能,研究了碳纳米管对复合材料性能的影响。结果表明:通过在碳纳米管表面接枝少量的共价官能团防止非共价包覆的剥离,混杂功能化方法既能够改善碳纳米管在基体中的分散性,又能够保持其与基体界面间结合力,复合材料增强效果最明显。耐热性良好的碳纳米管的添加提高了PU基体的热分解温度,提高程度由于其功能化方式的不同而稍有差别。MWNTs-COOH-PPA/PU复合材料的力学性能最优,当碳纳米管含量（质量分数,下同）为0.3%时,其拉伸强度与纯PU相比提高104%,其热分解温度与MWNTs-COOH/PU相当,优于纯PU,但低于MWNT8-NH₂/PU和MWNTs-PPA/PU。     

功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的制备及性能研究

采用1-萘磺酸钠非共价修饰石墨烯,得到功能化石墨烯。接着,通过溶液共混法制备出功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料。利用XRD、SEM、TGA、DSC和拉伸测试对复合材料的结构、形貌、热学与力学性能进行分析。结果表明:当功能化石墨烯的添加量为0.5%(wt,质量分数)时,功能化石墨烯与聚乙烯醇之间有良好的相容性,复合材料的拉伸强度和玻璃化转变温度分别提高了25.9%和7.0℃。     

蒙脱土和碳纳米管共掺改性环氧树脂复合材料的力学性能和热性能

采用有机化蒙脱土(OMMT)和碳纳米管(MWCNTs)2种纳米材料改性双酚A型环氧树脂。通过溶液共混法制备OMMT/EP、MWCNTs/EP、OMMT/MWCNTs/EP环氧树脂纳米复合材料。利用扫描电子显微镜观察了复合材料的冲击断面,测试了复合材料的力学性能和热性能,探讨了OMMT、MWCNTs增韧环氧树脂的机理。结果表明,当试样中OMMT质量分数为4%,MWCNTs质量分数为0.7%时,OMMT/EP、MWCNTs/EP和OMMT/MWCNTs/EP的冲击强度分别达到16.8kJ/m2,23.1kJ/m2,30.4kJ/m2,较未掺杂环氧树脂分别提高了16.7%,60.4%,110%。弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了27.54%,35.74%,54.12%。3种复合材料的热分解温度和马丁耐热温度均较未改性环氧树脂略有提高。     

功能化纳米SiO2改性环氧树脂复合材料及其摩擦磨损行为与机制

运用共价官能化技术,实现纳米SiO_2表面接枝3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性(T-SiO_2),并制备功能化纳米SiO_2改性环氧树脂复合材料(T-SiO_2/EP),分析改性后纳米SiO_2表面官能团和化学元素的变化规律,测试T-SiO_2/EP的主要力学性能,研究其在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与机制。结果表明:功能化纳米SiO_2的引入,有效改善了环氧树脂的力学与摩擦学性能,且当功能化纳米SiO_2含量为2%时(质量分数,下同),环氧复合材料(2%T-SiO_2/EP)的显微硬度和断裂韧度均达到最大值(70.2HD和1.02MPa·m~(1/2)),并具有优异的减摩耐磨性能。干摩擦条件下,2%T-SiO_2/EP复合材料的摩擦因数和磨损失重分别为0.49和1.7mg,较纯环氧树脂分别降低了31.9%和34.6%,较未改性纳米SiO_2增强的环氧树脂复合材料(U-SiO_2/EP)分别降低了14%和10.5%,并对相应的磨损机理进行了分析。     

功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的制备及性能

采用正压过滤法制备了多壁碳纳米管（MWCNTs）网格（巴基纸）,并采用真空辅助RTM工艺制备了MWCNTs网格/环氧树脂复合材料。通过SEM、FTIR、拉伸测试等对MWCNTs网格的微观形貌和性能进行了表征,并研究了MWCNTs网格/环氧复合材料的拉伸性。结果表明,所制备的功能化MWCNTs网格比较均匀,拉伸强度在22~32 MPa之间,拉伸模量约为1 GPa,相比未功能化处理的MWCNTs网格,强度最大提高了约167%。功能化MWCNTs网格/环氧树脂复合材料的拉伸强度和拉伸模量可达到152 MPa和6.48 GPa,相比空白环氧树脂提高了约1倍以上,拉伸试样断面SEM表明,环氧树脂对功能化MWCNTs网格的浸润效果良好,界面结合紧密,有效地提高了复合材料的力学性能。     

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℃。     

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/尼龙6复合材料的液相共混法制备及其性能

通过液相共混法制备了多壁碳纳米管/尼龙6(MWCNTs/PA6)复合材料, 研究了不同MWCNTs改性方法及添加量对复合材料热性能和结晶性能的影响。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、FTIR、DSC、XRD 和 TG对MWCNTs/PA6复合材料进行表征。结果表明: MWCNTs的加入提高了PA6的热稳定性, 且胺功能化的MWCNTs(d-MWCNTs)表现尤为明显; 当d-MWCNTs的质量分数为7.5%时, MWCNTs/PA6复合材料结晶度从48.09%提高到56.62%, 聚合物大分子之间的缠绕度最低。     

OMMT/EP/CF三元复合材料的制备及耐热性能研究

为了提高碳纤维复合材料的热学性能及高温力学性能,通过有机化蒙脱土改性环氧树脂(EP)制备了有机化蒙脱土/环氧树脂/碳纤维(OMMT/EP/CF)三元复合材料,研究了有机化蒙脱土在环氧树脂中的插层效果,有机化蒙脱土的类型与加入份数对OMMT/EP/CF三元复合材料力学性能及热学性能的影响,同时研究了温度对OMMT/EP/CF三元复合材料的力学性能的影响.研究表明,加入了有机化蒙脱土后,复合材料的力学性能及热学性能均有较大幅度的提高,同时还表明随着温度的升高,复合材料的性能逐渐降低.     

SiC颗粒-SiC晶须混杂填料/双马来酰亚胺树脂导热复合材料的制备与性能

以双马来酰亚胺树脂(BMI)为树脂基体,二烯丙基双酚A(DABA)为增韧剂,γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)表面改性的SiC颗粒-SiC晶须(SiCP-SiCW)为复配导热填料,浇注成型制备SiC_P-SiC_W/BMI导热复合材料,分析研究SiC形状、用量、质量比及表面改性对SiC_P-SiC_W/BMI导热复合材料的导热性能、介电性能、力学性能和热性能的影响。结果表明,当改性SiC_P-SiC_W用量为40wt%且SiC_P∶SiC_W质量比为1∶3时,SiC_P-SiC_W/BMI导热复合材料具有最佳的综合性能,导热系数λ为1.125W(m·K)~(-1),介电常数ε为4.12,5%热失重温度为427℃。     

水相悬浮聚合制备MWCNTs/PAN复合微球及其电纺纤维

先用Fenton试剂（过氧化氢/硫酸亚铁）对多壁碳纳米管进行改性处理（-fMWCNTs）,再通过水相悬浮聚合法制备了多壁碳纳米管/聚丙烯腈（-fMWCNTs/PAN）复合微球,用静电纺丝技术制备了-fMWCNTs/PAN复合纤维膜。通过扫描电镜（SEM）、热重分析仪（TGA）和万能试验机研究了-fMWCNTs对电纺纤维...     

Incorporation of liquid-like multiwalled carbon nanotubes into an epoxy matrix by solvent-free processing

Covalent attachment of 2,2'-(ethylenedioxy)-diethylamine to multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) produced amino-functionalized MWCNTs which behaved like liquids at ambient temperature. These liquid-like MWCNTs (l-MWCNTs) could be homogeneously dispersed and chemically embedded in an epoxy matrix by solvent-free processing. In contrast, solid MWCNTs (s-MWCNTs) functionalized by 1,8-diaminooctane were poorly dispersed in epoxy although they possess chemical structures and functionalization comparable to l-MWCNTs. An epoxy composite filled with pristine MWCNTs (p-MWCNTs) was also fabricated in the absence of a solvent at the same loading for comparison. The molecular level coupling of l-MWCNTs and epoxy provided significant improvements in overall mechanical properties relative to those composites containing p-MWCNTs and s-MWCNTs. The Young's modulus, storage modulus, tensile strength, failure strain and toughness of neat epoxy were increased by 28.4, 23.8, 22.9, 24.1 and 66.1%, respectively, by adding 0.5?wt% of l-MWCNTs. Thus, functionalized carbon nanotubes in liquid form contributed to better dispersion and superior interfacial bonding with the epoxy matrix, thereby facilitating greater mechanical reinforcement efficiency.     

Preparation,characterization and properties of polycaprolactone diol-functionalized multi-walled carbon nanotube/thermoplastic polyurethane composite

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were chemically functionalized to prepare thermoplastic polyurethane (PU) composites with enhanced properties. In order to achieve a high compatibility of functionalized MWCNTs with the PU matrix, polycaprolactone diol (PCL), as one of PU’s monomers, was selectively grafted on the surface of MWCNTs (MWCNT–PCL), while carboxylic acid groups functionalized MWCNTs (MWCNT–COOH) and raw MWCNTs served as control. Both MWCNT–COOH and MWCNT–PCL improved the dispersion of MWCNTs in the PU matrix and interfacial bonding between them at 1 wt% loading fraction. The MWCNT–PCL/PU composite showed the greatest extent of improvement, where the tensile strength and modulus were 51.2% and 33.5% higher than those of pure PU respectively, without sacrificing the elongation at break. The considerable improvement in both mechanical properties and thermal stability of MWCNT–PCL/PU composite should result from the homogeneous dispersion of MWCNT–PCL in the PU matrix and strong interfacial bonding between them.     

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。     

聚酰亚胺表面处理玻璃纤维/环氧树脂复合材料力学性能

采用浇铸成型工艺制备含0.5wt%、长度分别为1 mm、3 mm、5 mm的短切玻璃纤维/环氧树脂（GF/EP）复合材料,研究含活性酚羟基和不含酚羟基的两种聚酰亚胺（PI）处理GF表面对纤维束拉伸强度及GF/EP复合材料力学性能的影响,并进一步研究PI处理GF对复合材料热性能的影响。研究结果表明,经过PI处理的GF,集束性和拉伸强度得到提高。含活性酚羟基聚酰亚胺（PI1）处理的GF拉伸强度由原丝束的517 MPa提高到1 032 MPa,不含酚羟基聚酰亚胺（PI2）处理的GF提高到986 MPa。当PI1处理的GF长度为3 mm时,GF/EP复合材料的力学性能最好,拉伸强度比未处理的提高23.62%,拉伸模量提高34.03%,弯曲强度提高28.74%,断裂韧性提高13.04%;PI2处理的GF,GF/EP复合材料拉伸强度提高15.87%,拉伸模量提高23.70%,弯曲强度提高14.11%,断裂韧性提高4.05%。此外,PI处理GF对GF/EP复合材料热性能也有一定程度的提高。     

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%。     

Mechanical properties of epoxy composites filled with silane-functionalized graphene oxide

In this work, the effects of as-produced GO and silane functionalized GO (silane-f-GO) loading and silane functionalization on the mechanical properties of epoxy composites are investigated and compared. Such silane functionalization containing epoxy ended-groups is found to effectively improve the compatibility between the silane-f-GO and the epoxy matrix. Increased storage modulus, glass transition temperature, thermal stability, tensile and flexural properties and fracture toughness of epoxy composites filled with the silane-f-GO sheets are observed compared with those of the neat epoxy and GO/epoxy composites. These findings confirm the improved dispersion and interfacial interaction in the composites arising from covalent bonds between the silane-f-GO and the epoxy matrix. Moreover, several possible fracture mechanisms, i.e. crack pinning/deflection, crack bridging, and matrix plastic deformation initiated by the debonding/delamination of GO sheets, were identified and evaluated.