与沥青基碳纤维相匹配树脂体系及其导热性能研究

摘要

沥青基碳纤维(pitch-based carbon fiber,PCF)是公认的新型高导热碳纤维,用来制备增强树脂基复合材料,可以提高复合材料的导热性能。但树脂基体的导热性能并不十分理想,且由于纤维与基体的相容性问题,限制复合材料性能的发挥。因此,本论文选用碳纳米管(carbon nano-tubes,CNTs)和氧化锌晶须(ZnOw)改性环氧(Epoxy,Ep)及氰酸脂(Cyanate Ester,CE)两种树脂基体,制备导热性能优越的碳纤维增强树脂基复合材料,对复合材料的实际应用提供理论依据和技术支持。
　　采用XRD、SEM、AFM、XPS等分析测试手段对沥青基碳纤维进行表面特点结构分析及表征。针对沥青基碳纤维的表面特点,对与之相匹配的Ep树脂及CE树脂体系进行实验研究。
　　首先选取分散碳纳米管的表面活性剂、对氧化锌晶须进行表面改性、确定CNTs与ZnOw的添加比例。实验表明,十二烷基苯磺酸钠(DDBS)为表面活性剂对碳纳米管在树脂基体中的分散效果较好;使用KH560硅烷偶联剂改性氧化锌晶须可以改善树脂基体的导热性能;当碳纳米管与氧化锌晶须的比例为4:1时,树脂体系导热性能最好。
　　然后分别考察CNTs的添加量、CNTs/ZnOw混合填料的添加量对Ep树脂和CE树脂导热性能、力学性能、热学性能的影响。结果表明,通过混合添加方式得到的两种树脂基体性能更好;在Ep树脂体系中,当CNTs/ZnOw混合填料含量为6％时,其中导热系数达到0.57W/Km,比未改性Ep树脂基体提高了3.17倍;在CE树脂体系中,当CNTs/ZnOw混合填料含量为8%时,导热系数达到0.62W/Km,相对于未改性CE树脂基体提高了2.38倍;此时,两种树脂体系的导热性能最优,力学性能有所提高,热稳定性有较大的改善。
　　采用以上两种最优改性树脂体系,制备沥青基碳纤维增强树脂基复合材料,对其进行导热性能、力学性能、热学性能的测试。结果表明,Ep树脂基复合材料在CNTs/ZnOw混合填料含量为6%时,导热系数达到5.63W/Km,弯曲强度达到186MPa,热稳定性也有所提高;CE树脂基复合材料在CNTs/ZnOw混合填料含量为8%时,导热系数达到8.48W/Km,弯曲强度达到209MPa,热稳定性有明显改善。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 沥青基碳纤维概述

1.3 相匹配树脂体系研究概况

1.4 本课题的研究内容

第2章 试验材料及研究方法

2.1 实验原料及仪器

2.2 实验方法

2.3 材料性能测试方法

第3章 树脂基体的改性研究

3.1 引言

3.2 导热填料的处理

3.3 改性Ep树脂体系研究

3.4 改性CE树脂体系研究

3.5 本章小结

第4章 沥青基碳纤维复合材料制备及分析

4.1 引言

4.2 沥青基碳纤维表面特点分析

4.3 PCF增强Ep树脂基复合材料的制备及性能表征

4.4 PCF增强CE树脂基复合材料的制备及性能表征

4.5 本章小结

结 论

参考文献

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