收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纳米管的分散性及其水泥基复合材料力学性能

韩瑜  
【摘要】:碳纳米管是一种纳米级纤维,根据碳原子层数的不同分为单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)两种。1991年日本电镜学家IijimaS在制备C60的过程中发现了单壁碳纳米管,两年之后Iijima又成功制备了多壁碳纳米管,其研究和发现在世界范围内掀起了研究热潮。目前,针对碳纳米管改善复合材料各方面性能的研究己成为一个热点,碳纳米管的各项性能优于传统纤维材料,大量研究表明,其超强的力学性能可以很大程度地提高水泥基复合材料的力学性能;优异的电学和光电特性可以提高聚合物材料的电导率以及制备新型光电聚合物复合材料;其独特的结构可以用来制备金属或金属氧化物填充的一维纳米复合材料。 水泥混凝土是目前世界上应用量最大的建筑材料,它具有成本低,原料丰富,造价低廉,施工方便,工艺简单,可按需成型等优点。然而,普通水泥混凝土同样具有自重大,抗拉、抗折强度低,脆性大,抗裂性差等缺点,为了克服这些问题,目前普遍采用的方法是纤维复合水泥基材料,这种方法克服了普通混凝土材料高脆、低韧的缺点。因此具有高强度、高弹性模量、高耐久性的新型纳米级纤维碳纳米管已经成为当前迫切需要的增强增韧材料。 然而,碳纳米管具有极大的长径比,而且管间存在强的van der Waals吸引力,其一般呈束状缠绕及团聚状态,几乎不溶于水及有机溶剂。对于复合材料而言,添加相在基体中的分散均匀性是影响材料性能的一个相当重要的指标,分散越均匀,作用越明显,材料的整体性能越好。因此如何提高碳纳米管的分散性能,消除其团聚,成为制备碳纳米管复合材料的前提条件。针对碳纳米管的分散性问题,本文做了如下研究: (1)以阿拉伯胶(GA)、曲拉通(Tx100)、十六烷基三甲基溴化铵(TB)、十二烷基磺酸钠(SDS)4种表面活性剂(SAA)为MWCNTs的分散剂,采用SAA超声分散法及酸处理法制备了11种分散液。结合静置离心法研究了不同种类SAA单掺的分散效果,结果表明:单掺GA对MWCNTs分散效果最好,离心170min后才开始分层。采用紫外分光光谱吸光度法评价了不同种类SAA复掺及SAA掺量变化对MWCNTs分散性能的影响,测试结果表明:复掺Tx100与GA效果最好;当GA掺量为0.45g/L时效果最好;比较二者分散效果后知:GA掺量为0.45g/L的悬浮液分散效果最佳。采用傅里叶红外光谱(FTIR)检测混酸氧化后MWCNTs表而的基团,分析可知:经混酸处理后,MWCNTs表面成功引入了羟基和羧基等官能团。 (2)为了探讨MWCNTs在水性体系中的分散性及分散机理,以阿拉伯胶为分散剂,采用SAA超声处理法对MWCNTs进行表面修饰,制备了分散性能良好的MWCNTs悬浮液。采用紫外分光光谱吸光度法(UV-vis)定量分析及TEM测试表征了GA对MWCNTs分散性能的影响,结果表明:当GA浓度为0.45g/L时,悬浮液中MWCNTs浓度达到最大值,为初始浓度的90.67%;且悬浮液相当稳定,静置80h,MWCNTs浓度仅降低11.45%。通过测定等温吸附曲线对GA的吸附分散机理进行了分析和讨论,结果表明:GA在MWCNTs表面为典型的“SL”型两阶段吸附,当GA浓度为0.45g/L时,在MWCNTs表面达到吸附饱和状态。GA能够通过其分子长链的包覆作用改善MWCNTs的亲水性和分散性。 在以上分散性研究的基础上,本文以GA为分散剂,制备了分散性能良好的碳纳米管悬浮液及碳纳米管水泥基复合材料,系统深入研究了碳纳米管水泥基复合材料的力学性能,具体工作及研究成果如下: (1)水泥净浆试件的力学强度随碳纳米管掺量的增加呈现先增大后逐渐减小的趋势,随龄期的变化呈现逐渐增大的趋势;随水灰比的变化,净浆试件的力学强度先增大后减小,且掺加碳纳米管的净浆试件的力学强度均高于空白试件;在养护龄期为28天时,水灰比为0.35,MWCNTs掺量为0.08wt.%的水泥净浆试件的抗折强度提高43.6%,并达到最大值15.8MPa,当MWCNTs掺量为0.10wt.%时,水泥净浆试件的抗压强度达到最大值84.5MPa,与空白试件相比提高了9.2%。 (2)碳纳米管的掺入提高了水泥砂浆试件的抗压强度和抗折强度。当MWCNTs掺量为水泥重量的0.1wt.%时,试件的抗压强度达到最大值89.4MPa,与空白试件相比提高21.6%;当MWCNTs掺量为0.08wt.%时,试件的抗折强度提高38.5%:当MWCNTs的掺量达到最大值0.15wt.%时,试件的抗压强度和抗折强度都没有随之增加反而呈现略微降低的趋势;其力学强度随养护龄期的增加而增大。 (3)采用三点弯曲试验法,用高精度MTS318电液伺服万能试验机对碳纳米管水泥基复合材料的弯曲韧性进行了测试分析。结果表明,掺加碳纳米管后水泥基复合材料的韧性显著提高,其中,水灰比为0.35,碳纳米管掺量为0.08wt.%的净浆试件的断裂能相比空白试件提高165.1%,韧度指数提高52.8%。 采用多种材料微观测试技术,结合复合材料理论,对碳纳米管改善水泥基复合材料性能的微观作用机理进行了分析。研究表明,碳纳米管的作用机理为:MWCNTs在悬浮液及水泥浆基体中具有较好的分散性,碳纳米管能够促进水泥基复合材料的水化,水泥基复合材料具有较强的界面粘结强度并且MWCNTs能够改善水泥基复合材料的微观结构。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王志杰,杜敏;光度法测细菌纤维的分散性[J];纸和造纸;2005年05期
2 王习文;詹怀宇;周雪松;胡健;;造纸用高性能纤维分散性能的研究[J];中国造纸;2006年01期
3 李振;邢义川;樊恒辉;;防渗土料物理化学性质及分散性试验研究[J];辽宁工程技术大学学报;2006年S1期
4 原健安;;苯乙烯-丁二烯共聚物在沥青中的分散性[J];西安石油大学学报(自然科学版);2007年03期
5 马永飞;刘珍珍;杨宁;艾仕云;;磺化丙酮甲醛缩聚物的合成及分散性能的研究[J];山东农业大学学报(自然科学版);2008年04期
6 徐同台,李家库,卢淑芹;影响砂泥岩在清水中分散性能因素的探讨[J];钻井液与完井液;2004年01期
7 李辉;张振忠;赵芳霞;王鹏;;碱性介质中表面活性剂对超细锌粉分散性能的影响[J];电子元件与材料;2010年04期
8 刘爱民;消光剂二氧化钛分散性能的研究[J];合成纤维工业;2000年04期
9 周雪松,王习文,胡健,詹怀宇;芳纶纤维分散性能的研究[J];造纸科学与技术;2004年06期
10 张美云;钟林新;彭新文;;碳纤维屏蔽纸制造过程中纤维分散性能的研究[J];中华纸业;2008年06期
11 闫艳;;聚合反应条件对聚羧酸系高效减水剂分散性能的影响[J];建材技术与应用;2013年03期
12 许海燕;吴驰飞;;天然橡胶原位接枝炭黑的分散性研究[J];高分子学报;2009年09期
13 毕景武;赵国樑;余浩;;SiO_2超微粉体改性及其分散性研究[J];合成纤维工业;2010年01期
14 刘建新;黄毅;吕双庆;;船用中速机油黑色淤泥分散性能研究[J];润滑与密封;2010年05期
15 王超;张振忠;江成军;曹娟;;不同分散剂对纳米铁粉分散性能的影响[J];铸造技术;2007年05期
16 王国建;鲍磊;程思;刘琳;;尼龙66/碳纳米管复合材料分散性与结晶性能的研究[J];工程塑料应用;2007年10期
17 代梦艳;胡碧茹;吴文健;;微米级NaCl微粒的粒度与分散性控制[J];国防科技大学学报;2009年05期
18 银锐明;范景莲;刘勋;单成;;表面改性Si_3N_4粉末在水相体系中的分散性能[J];中南大学学报(自然科学版);2010年03期
19 何伟艳;刘进荣;;纳米乳酸钙制备中pH与分散性的关系[J];内蒙古工业大学学报(自然科学版);2010年03期
20 何焕杰,冉兴秀,张秀琼,刘光学;含磷丙烯酸-丙烯磺酸钠共聚物的阻垢分散性能[J];水处理技术;2000年01期
中国重要会议论文全文数据库 前6条
1 韩凤兰;祁利民;;碳化硅分散性能试验研究[A];第八届全国颗粒制备与处理学术和应用研讨会论文集[C];2007年
2 王晶晶;赵传山;姜亦飞;;提高硅酸铝纤维分散性能的研究[A];’2009(第十七届)全国造纸化学品开发及造纸新技术应用研讨会论文集[C];2009年
3 任俊;邹志清;沈健;胡柏星;何其慧;许仁富;;ND426对超细CaCO_3悬浮液的分散性能[A];第六届全国颗粒制备与处理学术会议论文集[C];2000年
4 阳知乾;刘加平;吕进;;纤维在水泥基复合材料中的分散性评价方法综述[A];第十二届全国纤维混凝土学术会议论文集[C];2008年
5 王丹丹;黄蓓青;魏先福;刘江浩;刘爽;;黑色水性遮盖油墨分散性的研究[A];颜色科学与技术——2012第二届中国印刷与包装学术会议论文摘要集[C];2012年
6 曾勤;张爱清;李勤;;碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(9)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭兴梅;富勒烯类碳材料低温制备、表面改性及在聚合物基体中的分散性研究[D];太原理工大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 戴树洌;聚异丁烯丁二酰亚胺的合成纯化及其分散性能研究[D];浙江大学;2012年
2 王甜甜;不同粒径二氧化硅粉体改性及在聚酯中的分散性研究[D];北京服装学院;2012年
3 毕景武;SiO_2超微粉体在膜用聚酯中分散性控制方法研究[D];北京服装学院;2010年
4 付翔;定量评价纳米粒子在基体中的分散性[D];浙江理工大学;2014年
5 刘俊华;国产对位芳纶纤维悬浮液体系的分散性及机理研究[D];陕西科技大学;2014年
6 杨振华;纳米氧化铈沉淀法合成及其分散性研究[D];中南大学;2004年
7 慕科仪;超微粉体表面改性及其在聚酯中的分散性能研究[D];北京服装学院;2010年
8 张颖;纳米SiO_2的表面改性及其分散性研究[D];太原理工大学;2006年
9 杨修明;聚羧酸系高效减水剂的合成与性能研究[D];重庆大学;2006年
10 刘道辉;含氟聚合物/碳纳米管复合材料的制备及性能研究[D];南京航空航天大学;2012年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978