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多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料结构与性能的研究

王建国  
【摘要】: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。 本文采用胺功能化的方法处理碳纳米管,考察了胺功能化对碳纳米管在树脂中分散性及得到的复合材料性能的影响。 采用不同的强酸体系和处理条件对碳纳米管进行处理,考察了不同的酸处理体系及条件对碳纳米管结构和化学性质的影响。结果表明,采用硝酸和硫酸的混合酸,在温和条件下处理碳纳米管,可以在不损害碳纳米管基本结构的基础上,在碳纳米管表面产生大量羧基。 采用酰氯化后胺取代路线在碳纳米管表面接枝胺功能基,研究了产物的结构。结果表明,采用酰氯化后胺取代路线可以成功在碳纳米管表面接枝长度不同的多种胺功能基,接枝三乙烯四胺不但把碳纳米管的惰性表面变成极性表面,还可以扩大碳纳米管的管间隙,使碳纳米管的整体状态保持疏松,有利于碳纳米管在聚合物基体中的分散。 碳纳米管环氧树脂的固化行为对其固化物的物理及力学性能有重要的影响。用DSC法研究了加入胺功能化碳纳米管的固化动力学,结果表明,胺功能化碳纳米管的加入降低了环氧树脂固化反应的活化能,且加入胺功能化碳纳米管的环氧树脂固化反应程度高于加入未胺功能化碳纳米管的环氧树脂的固化反应程度。 采用超声波分散的方法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料,并分析了不同碳纳米管对环氧树脂性能的影响。结果表明,胺功能化碳纳米管与环氧树脂有更好的相容性,更易于在环氧树脂中分散,并较大地提高了环氧树脂的强度、韧性、玻璃化转变温度及热分解温度。 研究了多壁碳纳米管对环氧树脂光透过性的影响,并比较了未胺功能化碳纳米管与胺功能化碳纳米管的不同作用,评价了胺功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料用做光电器件包装材料的可能。胺功能化可以促进碳纳米管在环氧树脂中的


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