MWNTs/MMT/EP纳米复合材料的制备及力、热性能研究

摘要

环氧树脂固化物因其优异的综合性能，以各种形式应用在工业生产和日常生活的各个方面。但是它毕竟不是完美的材料，环氧树脂固化物质脆、耐热等级不够高等缺点，使它的应用范围变小，人们一直在尝试各种方法使环氧树脂的性能得到提高。碳纳米管因其独特的结构和优异的性能，一直被认为是非常优秀的增强材料。而蒙脱土则被称为万能材料，也是应用范围非常广的增强材料。人们已经做了大量关于这二种增强材料改性环氧树脂的研究，然而使用碳纳米管和蒙脱土共掺杂环氧树脂的报道还很少。
　　本文采用混酸、双酚A型环氧树脂和硅烷偶联剂KH560对多壁碳纳米管(MWNTs)进行表面修饰，得到C-MWNTs、E-MWNTs和Si-MWNTs三种MWNTs，使用十八烷基三甲基氯化铵有机化处理蒙脱土(MMT)，用溶液共混法制备了MMT/EP、MWNTs/EP和MWNTs/MMT/EP三种纳米复合材料。利用红外光谱仪表征了功能化处理前后的MWNTs和有机化处理前后的MMT。用扫描电镜SEM观察功能化处理前后的MWNTs在水溶液中的分散情况。对三种复合材料试样进行了相关力、热性能测试，并分析了MWNTs和MMT对环氧树脂的协同增韧机理。
　　实验结果显示，MWNTs的功能化方式对MWNTs/MMT/EP纳米复合材料的力学性能有很大的影响，但是对其热性能的影响却很小，Si-MWNTs更有助于环氧树脂力学性能和热性能的提高。当MWNTs的含量为0.7 wt％，MMT的含量为4 wt%时，C-MWNTs/MMT/EP、E-MWNTs/MMT/EP和Si-MWNTs/MMT/EP三种纳米复合材料的冲击强度较未改性环氧树脂分别提高了111.1%、127.8%和134.7%，较仅采用MMT改性的环氧树脂分别提高了80.9%、95.2%、101.2%，三种纳米复合材料的弯曲强度较未改性环氧树脂分别提高了46.9%、52.8%和54.1%，较MMT/EP纳米复合材料分别提高了15.2%、19.8%和20.8%；MWNTs/MMT/EP纳米复合材料的热分解温度较未改性环氧树脂平均提高了20℃，三种纳米复合材料的马丁耐热温度较未改性环氧树脂分别提高了9.1℃、10.7℃和11.2℃。通过对MMT/EP、MWNTs/EP和MWNTs/MMT/EP三种纳米复合材料冲击断面的SEM图分析可以发现，MWNTs和MMT对环氧树脂的协同增韧机理兼具有各自对环氧树脂增韧机理的特点，增韧机理主要为纤维拔出增韧机理、基体剪切屈服增韧机理和微裂纹增韧机理。

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第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 CNTs/EP纳米复合材料国内外研究现状

1.3 MMT/EP纳米复合材料国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 实验部分

2.1实验原料和仪器

2.2实验原理

2.3 MWNTs/MMT/EP纳米复合材料制备

2.4试样性能测试与结构表征

2.5本章小结

第3章 实验结果与讨论

3.1 MWNTs功能化效果分析

3.2 MMT有机化效果分析

3.3 MWNTs/MMT/EP试样冲击强度和增韧机理分析

3.4 MWNTs/MMT/EP试样弯曲强度分析

3.5 MWNTs/MMT/EP试样热失重分析

3.6 MWNTs/MMT/EP试样马丁耐热分析

3.7本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢