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《清华大学》 2005年
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纳米材料对环氧树脂增强作用的研究

高岩  
【摘要】:为了强化环氧树脂,并提高其摩擦学性能,本文采用粒状的纳米氧化铝和线状的多壁碳纳米管作为填料增强环氧树脂。采用原位复合法制备纳米材料增强环氧树脂复合材料。对复合材料的观察和试验表明: 用 α 纳米氧化铝增强环氧树脂,当添加 10%时复合材料的耐磨性能及其与碳钢的结合强度最好,分别提高到普通环氧树脂的 158.0%和 144.1%。 用 γ 纳米氧化铝增强环氧树脂,当添加 8%时复合材料的耐磨性能最好,为普通环氧树脂的 260.0%;当添加 3%时复合材料与碳钢的结合强度最高,为普通环氧树脂的 209.2%;当复合材料固化温度为 100℃时耐磨性能最好。 用未酸处理多壁碳纳米管增强环氧树脂,当添加 5% 时复合材料耐磨性能和拉伸强度最好,分别为普通环氧树脂的 214.1%和 228.9%;当添加0.5%时复合材料的弹性模量和伸长率最大,分别为普通环氧树脂的 187.1%和 133.5%。 用酸处理多壁碳纳米管增强环氧树脂,当添加 5% 时复合材料耐磨性能、拉伸强度和弹性模量最好,分别为普通环氧树脂的 272.55%、303.3%和 226.6%;添加 1%时复合材料断裂延伸率最大,为普通环氧树脂的158.7%;添加 0.5%时复合材料与碳钢的结合强度最高,为普通环氧树脂的 180.0%。用扫描电镜观察时发现,随线状多壁碳纳米管含量提高,复合材料裂纹率下降。 试验结果表明,线状碳纳米管和粒状纳米氧化铝都可以增强环氧树脂基体。增强的机理是具有大比表面积的纳米材料 ‘钉扎'在环氧树脂基体中,作为‘节点'增强了树脂类交联网状结构。特别是酸处理碳纳米管,由于具有链状结构且其管壁上具有无机官能团,因此吸附了环氧树脂基体中的大分子链,参与形成并加固了环氧树脂自身大分子网状结构,使得应力大大分散,减少了树脂中的微裂纹,提高了复合材料的强韧性。
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