碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的制备及力、热性能影响机理

摘要

环氧树脂因其优异的综合性能而被广泛应用于航空、建筑、机械、电子等领域。然而环氧树脂固化物脆性大的缺点，在一定程度上限制了它在某些高新技术领域的应用，因此环氧树脂的增韧改性一直是国内外研究的热门课题。碳纳米管独特的一维中空管状结构赋予了它很高的弹性、强度和模量，被人们认为是21世纪最有前途的增强材料。近年来针对环氧树脂的增韧和提高耐热性方面人们已做了大量的研究工作，然而在碳纳米管的长径比和功能化方式对环氧树脂性能影响方面的报道尚不多见。
　　本文选取两种不同长径比的碳纳米管MWCNTs1020和MWCNTs4060（角标代表两种碳纳米管的直径分别为10-20nm，40-60nm）对环氧树脂进行改性，通过羧基功能化和环氧基功能化对碳纳米管进行表面修饰，并通过溶液共混法制备C-MWCNTs1020/EP、C-MWCNTs4060/EP、E-MWCNTs4060/EP三种环氧树脂纳米复合材料（C-表示羧基功能化，E-表示环氧基功能化），利用扫描电镜SEM表征功能化处理前后的MWCNTs在丙酮中的分散情况。用简支梁冲击仪对复合材料的冲击强度进行测试，分析了碳纳米管增韧环氧树脂的机理。对三种杂化材料的弯曲模量、弯曲强度进行了表征。同时研究了碳纳米管的长径比和功能化方式对环氧树脂热性能的影响。
　　实验结果显示，经过环氧基功能化处理的碳纳米管比羧基功能化碳纳米管在溶剂中分散性更好;在本研究的掺杂量下无论采用何种长径比的碳纳米管，都能在一定程度上提高环氧树脂的力学性能和热性能。当碳纳米管掺杂量在0-0.6wt％范围内时，小直径碳纳米管更有利于试样力学性能的提高，当C-MWCNTs1020掺杂量为0.6wt％时其冲击强度较未掺杂EP提高54.9％。而当碳纳米管掺杂量在0.6wt％-1.0wt％时大直径碳纳米管更有利于试样力学性能的提高，当C-MWCNTs4060掺杂量为0.8wt％时其冲击强度较未掺杂EP提高60.8％。碳纳米管的功能化方式对环氧树脂的性能有较大影响，在碳纳米管掺杂量相同时E-MWCNTs4060/EP的力学性能和热性能均优于C-MWCNTs4060/EP。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 纳米粒子改性环氧树脂研究进展

1．3 碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料研究现状

1．3．1 碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料力学性能研究

1．3．2 碳纳米管／环氧树脂纳米复合材料热性能研究

1．4 本文主要研究内容

第2章 实验部分

2．1 实验原料及仪器设备

2．2 实验原理

2．2．1 多壁碳纳米管功能化原理

2．2．2 环氧树脂固化机理

2．3 多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料制备

2．3．1 碳纳米管的羧基功能化及环氧基功能化

2．3．2 碳纳米管／环氧树脂试样制备

2．4 结构表征与性能测试

2．5 本章小结

第3章 结果与讨论

3．1 多壁碳纳米管功能化结果分析

3．1．1 碳纳米管化学结构变化

3．1．2 碳纳米管形貌变化

3．2 MWCNTs／EP试样冲击强度影响因素分析

3．3 MWCNTs／EP试样冲击强度影响因素分析

3．4 MWCNTs增韧EP机理分析

3．5 MWCNTs／EP复合材料热性能研究

3．4．1 MWCNTs／EP试样的热失重分析

3．4．2 MWCNTs／EP试样的马丁耐热分析

3．6 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