碳纳米管的环氧化改性以及碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备和性能研究

【摘要】： 碳纳米管具有优异的力学性能,独特的微观结构,极大的长径比和比表面积,有望成为先进复合材料的理想增强体。关于环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究虽然取得了一些进展,但是一些最基本的问题目前并没有真正得到解决。目前采用的分散方法虽然在一定程度上提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散程度,但这些方法还不能做到碳纳米管的充分分散,所以寻找合适的方法使得碳纳米管以纳米尺度充分分散在环氧树脂中,仍然是制备高性能碳纳米管/环氧树脂复合材料的首要问题。 本文分别采用了溶液法和熔融法制备了环氧功能化的碳纳米管。考察了环氧功能化对碳纳米管在环氧树脂中分散性以及对制得的复合材料性能的影响。 溶液法是以三苯基膦(TPP)为催化剂,以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂,通过酸化碳纳米管(MWCNT-COOH)上的羧酸基团和环氧树脂反应。制备了环氧功能化的碳纳米管(MWCNT-E51)。并分别运用红外光谱(FTIR)、紫外光谱(UV)、拉曼光谱、热失重(TGA)和扫描电镜(SEM)对环氧功能化的碳纳米管进行表征。光谱分析的结果表明:环氧树脂已成功的接到碳纳米管上。SEM的照片表明碳纳米管表面已经被环氧树脂包覆从而使得碳纳米管直径增加。同时运用滴定的方法分析了催化剂浓度、反应温度对环氧功能化程度的影响。结果表明催化剂浓度在0.25%-0.5%、反应温度在150?C左右是一个比较合理的条件。 熔融法是以三苯基膦(TPP)为催化剂,通过环氧基团和酸化碳纳米管(MWCNT-COOH)上羧酸的酯化反应,成功的制备了环氧功能化的碳纳米管(MWCNT-E51)。分别运用红外光谱(FTIR)、热失重(TGA)、扫描电镜(SEM)对环氧功能化的碳纳米管进行表征。红外光谱表明环氧树脂已经成功地接到碳纳米管上。FE-SEM的照片显示:碳纳米管的周围被环氧树脂所包覆,使得碳纳米管的直径变粗。滴定的结果表明:反应温度的升高能有利于环氧树脂和酸化碳纳米管反应,环氧功能化的程度得到提高。同时,分子量小的环氧树脂更容易接到