碳纳米管改性碳纤维增强复合材料结构电容器的研究

摘要

结构电容器将电学性能与力学性能统一于一体，通过将电容器分散在系统结构中而达到节约系统空间、降低系统质量、提高有效载荷的目的。本文基于碳纳米管优异的力学、电导、比表面积大等性能特点以及碳纤维半导体的性质，将两者应用于结构电容器中，以期制得高性能的结构电容器。
　　 具体研究内容和结果如下：
　　 (1)研究了不同种类的碳纳米管对环氧树脂固化行为、碳纳米管/环氧树脂复合材料导电性的影响。结果表明，碳纳米管的加入对环氧树脂的固化反应没有明显影响；碳纳米管加入后复合材料的体积电阻率明显下降，添加量低于1.5wt％时下降的趋势较为明显，添加量高于1.5wt%时下降的趋势趋于平缓；添加量一定时，碳纳米管的直径越小，体积电阻率越大。
　　 (2)以T300碳纤维编织布/环氧树脂复合材料为电极，研究了不同种类的碳纳米管对结构电容器的电容、层间剪切强度、综合性能效率的影响。结果表明，碳纳米管的直径越大结构电容器电容越大，最高值为796 nF/m2，相比未添加碳纳米管的提高81%；结构电容器的电容和层间剪切强度随碳纳米管含量的增加大体呈先增大后减少的趋势；综合性能效率最高达0.770。
　　 (3)选用T700型碳纤维单向布/环氧树脂复合材料为电极，研究了不同种类的碳纳米管对结构电容器的电容、层间剪切强度、综合性能效率的影响。结果表明，碳纳米管的直径越大结构电容器电容越大，最高值为875 nF/m2，相比未添加碳纳米管的提高92%；结构电容器的电容和层间剪切强度随碳纳米管含量的增加大体呈先增大后减少的趋势；综合性能效率最高达0.779。
　　 (4)分析比较编织布和单向布增强的结构电容器的性能发现，添加碳纳米管后，前者的综合性能效率提高幅度要高于后者，但后者的综合性能效率整体要优于前者。