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碳纳米管改性环氧/碳纤维复合材料的制备及性能

周霞  
【摘要】:碳纳米管(CNTs)具有的优异性能使其成为提升现有树脂体系性能、开发结构功能一体化复合材料的理想选择,形成的纳米复合材料性能随CNTs含量增加呈现非线性变化。本文利用超声波的“空化”作用把表面羧基化的CNTs分散于环氧树脂体系中形成纳米复合树脂基体,利用树脂传递模塑(RTM)和模压工艺与碳纤维织物复合,制备CNTs混杂环氧树脂/碳纤维多尺度复合材料。利用金相显微镜观察和毛细管实验表征CNTs在环氧树脂体系中的分散情况和纳米复合树脂基体对连续纤维增强体的毛细浸润行为,确定超声分散的最佳工艺参数。采用浇铸工艺制备不同含量CNTs/环氧树脂复合材料,测试其力学性能及热变形温度。结果表明:当超声分散工艺参数为20kHz/100W/30min时,碳纳米管在环氧树脂中的团聚体较小且分散均匀。随着CNTs含量增加,浇铸体力学性能先升后降,在含量为0.025wt%时浇铸体的冲击强度达到29.1kJ/m~2。碳纳米管/环氧树脂复合体系的流变分析结果表明,在剪切作用下碳纳米管在环氧树脂中的缠结程度降低,从而表现出显著的“剪切变稀”行为。力学性能测试、断口形貌观察以及动态力学分析(DMA)测试结果表明,RTM工艺制备复合材料力学性能在CNTs含量为0.025wt%时达到最大值;而模压工艺成型复合材料力学性能在CNTs含量为1%wt时达到最大值。湿热实验结果表明,碳纳米管在一定程度上降低了混杂多尺度复合材料的吸湿率。碳纳米管引入显著提高了纳米复合树脂基体的性能,导致混杂多尺度复合材料的性能得以提高。


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