多功能碳纳米管膜增强纳米颗粒改性环氧树脂复合材料

摘要

轻薄柔软的多功能碳纳米管（CNTs）薄膜具优异的力学、热学和电学性能。以高性能复合材料的形式，将多功能碳纳米管薄膜与高性能聚合物（例如环氧树脂）进行复合，可以进一步提高这些性能。然而，CNTs 与聚合物基质的相容性会影响复合材料性能。迄今为止，一些客观因素的存在使得多功能碳纳米管薄膜复合材料难以达到预期理想的性能。例如，碳纳米管薄膜（CNTf）与环氧树脂在界面处的弱结合引起剥离和分层，以及由绝缘环氧树脂导致的低导电性。 因此，为解决该问题，本文首先将碳纳米管粉末与环氧树脂复合，得到碳纳米管改性树脂，然后将CNTf浸渍到碳纳米管改性树脂中，制备得到碳纳米管/环氧树脂复合材料，其中 CNT 颗粒改性的环氧树脂有效改善了原始环氧树脂溶液的导电性。通过真空辅助树脂转移法（VARTM）制备得到多功能碳纳米管膜增强纳米颗粒改性环氧树脂复合材料的界面粘合力大大提升。与未改性的复合材料相比，质量分数为0.1wt％的CNT改性复合材料的碳纳米管膜与环氧树脂界面剥离强度提高了74.38％，拉伸强度提高了164.76％。 改性复合材料不仅提高了复合材料的机械性能，应变传感性能、热稳定性和电热性能也大大提高。因此，本文对界面增强引起的力、电、热、应变传感和电热性能的协同效应做了相关研究。通过采用扫描电子显微镜（SEM），观察到拉伸测试后的改性复合材料试样没有明显的分层现象，CNTf与环氧树脂之间存在桥连和互锁现象，因此改性复合材料性能的提高可以归因于 CNTf 与 CNT 改性环氧树脂的界面结合力的增强。此外，碳纳米颗粒的浓度是影响复合材料性能的重要因素，高浓度的CNT 颗粒在环氧树脂中的团聚会削弱 CNTf 与 CNT 改性环氧树脂的界面结合力，从而引起改性复合材料的机械性能、应变传感性能的下降。综上所述，本文提供了一种制备方法以得到耐久性、柔韧性、强度和导电性均满足要求的高性能碳纳米管基复合材料。

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