碳纳米管增强碳纤维复合材料的制备及性能研究

摘要

碳纳米管具有独特的一维纳米结构和高强度、高模量、高韧性、高导电性等突出的综合性能，为发展新型高性能复合材料提供了理想材料，但碳纳米管易团聚的缺点限制了其增强增韧的效果。本论文采用冷冻干燥技术首先制得碳纳米管/碳纤维多尺度增强体，然后利用真空浸渍工艺分别制备了碳纳米管/连续碳纤维/碳化硅和碳纳米管/短切碳纤维/环氧树脂两类复合材料，通过保证碳纳米管均匀分散在碳纤维增强体中，来实现碳纳米管在复合材料体系中的均匀分散。
　　以碳纳米管/连续碳纤维作为增强体，采用真空浸渍热解工艺制备了碳纳米管/碳纤维/碳化硅三相复合材料。其中获得的碳纳米管增强1D碳纤维/碳化硅复合材料的气孔率小于10％，密度约为1.6g/cm3，弯曲强度最大为365MPa，相比于未添加碳纳米管的复合材料提高了约27%。通过改变碳纳米管浆料的浓度，能够调控碳纳米管在复合材料中的含量和分布状态，高浓度浆料易在碳纤维增强体中形成致密的碳纳米管网络，不利于碳化硅前驱体的渗入，会降低复合材料的力学性能。另外，采用快速冷冻干燥工艺能够在碳纤维增强体中形成均匀分布的碳纳米管网络，而通过1500℃高温热处理能够提高复合材料的力学性能。由于二维T300纤维布与碳化硅基体具有较强的结合力，所以引入碳纳米管没有明显提高复合材料的力学性能。
　　以碳纳米管/短切碳纤维作为增强体，采用真空浸渍固化工艺制备了碳纳米管/碳纤维/环氧树脂三相复合材料。通过改变短切碳纤维和碳纳米管的比例，能够有效调控复合材料的力学性能和电学性能；当两者比例较小时，复合材料电导率和弯曲强度随着碳纤维含量的增加而提高；但当两者比例达到2时，由于碳纤维破坏了碳纳米管的连续网络，复合材料性能下降。采用冷冻干燥工艺还制备了碳纳米管/短切碳纤维/碳化硅三相增强体，说明该工艺在制备均匀多元复合材料体系方面具有普适性。

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第一章绪论

1.1引言

1.2碳纤维增强碳化硅（Cf/SiC）复合材料概述

1.3短切碳纤维/环氧树脂（SCf/EP）复合材料研究现状

1.4课题的提出

第二章实验部分

2.1 实验原料

2.2 实验仪器

2.3 实验过程与实验方法

2.4材料的特性表征和性能测试

第三章CNTs改性Cf/SiC复合材料的制备及其性能的研究

3.1 PIP工艺制备2D CNTs/Cf/SiC复合材料及其性能的研究

3.2 CNTs改性的1D单向Cf/SiC复合材料的制备及其性能的研究

3.3热处理对于[0/90°]6 CNTs/Cf/SiC复合材料的影响

3.4结论

第四章CNTs/Cf/EP复合材料制备及其性能的研究

4.1 CNTs改性3D Cf/EP复合材料的制备及其性能的研究

4.2 CNTs/SCf/EP复合材料的制备及其性能的研究

4.3 CNTs/SCf/SiC/EP复合材料的制备及其性能的研究

4.4结论

第五章全文结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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