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碳纳米管改性氰酸酯树脂的研究

杨莉蓉  
【摘要】:本文研究采用强酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行纯化处理,利用FT-IR、TEM、XRD等手段对产物的结构和性能进行表征。结果表明,酸化处理能够除去杂质,截短碳纳米管,使其表面的羟基、羧基和羰基的含量明显提高。 由于氰酸酯固化物脆性较大,本文针对双酚A型环氧树脂(DGEBA)/双酚A型氰酸酯树脂(BADCy)体系,采用MWNTs对其进行改性,制备了MWNTs/DGEBA/BADCy复合材料。研究了MWNTs/DGEBA/BADCy纳米复合材料的制备工艺,借助DSC、FTIR及凝胶试验研究了MWNTs对BADCy树脂聚合反应及对复合材料结构和性能的影响,利用透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)分别表征了复合材料的微观结构和断口形貌,测试了复合材料的静态力学性能、动态力学性能(DMA)和热稳定性(TGA),初步探讨了MWNTs改性BADCy树脂体系的增韧机理。研究表明,MWNTs能较好地分散在BADCy树脂中,MWNTs的添加量越少,分散效果就越好;当碳纳米管的用量为1wt%时,复合材料的力学性能达到最佳,弯曲强度和冲击强度分别为137MPa和16.0 kJ/m~2,提高了约8%和15%;DMA分析表明MWNTs/DGEBA/BADCy纳米复合材料的储存模量和损耗模量得到较大的提高,当MWNTs含量为1.5wt%时,体系的玻璃化转变温度(T_g)比未加MWNTs提高了约30℃;TGA分析发现复合材料的热稳定性得到一定程度的改善。 通过MWNTs对BADCy树脂改性,研制出了适用于高模量碳纤维复合材料用的树脂体系,在此基础上成功制备了MWNTs改性BADCy/碳纤维复合材料,对其常规力学强度和耐湿热性能进行测试,并利用SEM对复合材料断口微观形貌与增韧机理进行了分析。实验表明,MWNTs的加入能明显地改善复合材料的力学性能和耐湿热性,当MWNTs的含量为1wt%和1.5wt%时,复合材料的层间剪切强度和弯曲强度分别为94.7 MPa和862 MPa,提高了约31.0%和23.0%。经MWNTs改性BADCy/碳纤维复合材料具有较为优异的综合性能,可作为航空航天结构材料使用。


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