碳纖維及碳納米管環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、對(duì)于環(huán)氧樹脂(epoxy,EP)而言，它是一種重要的熱固性塑料，本身有很好的粘結(jié)性能、耐化學(xué)腐蝕性能等，已廣泛用于制備涂料、復(fù)合材料、澆注料、膠黏劑等，作為工程塑料、復(fù)合材料、土建材料、電子電器材料、膠黏劑、涂料應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
　　碳纖維/EP基復(fù)合材料是復(fù)合材料研究的熱點(diǎn)，因其質(zhì)量較輕，而又有較高的強(qiáng)度，該復(fù)合材料在航空、航天、汽車、家電等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。真空傳遞模塑(VRTM)是環(huán)氧樹脂基纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的一種

2、重要成型方法，這種成型方法在保證成型質(zhì)量的前提下，有較高的效率，并且對(duì)環(huán)境污染較小。
　　針對(duì)碳纖維(CF)及碳納米管(CNTs)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能，本課題主要研究了以下兩方面內(nèi)容:1、研究開發(fā)了碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料(CF/EP)的真空傳遞模塑成型裝置和樹脂的工藝配方設(shè)計(jì)，主要工藝包括EP和固化劑的選擇、配比設(shè)計(jì)、固化溫度、真空度和復(fù)合材料的后固化等，并對(duì)制得的CF/EP復(fù)合材料進(jìn)行了力學(xué)性能分析。另外通過(guò)在CF/

3、EP復(fù)合材料制備過(guò)程中加入CNTs，分析了CNTs的加入對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。2、通過(guò)在EP里面加入CNTs，研究了CNTs/EP復(fù)合材料中的導(dǎo)電性能，得出所使用的CNTs在EP中的逾滲值;并對(duì)CNTs/EP復(fù)合材料進(jìn)行循環(huán)拉伸，測(cè)試在循環(huán)拉伸過(guò)程中材料導(dǎo)電性能的變化，并從導(dǎo)電性能的變化來(lái)分析在循環(huán)拉伸過(guò)程中，CNTs在EP基體中的微觀結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律。主要的研究結(jié)果如下:
　?。ㄒ唬￢RTM制備CF/EP復(fù)合材料及其性能強(qiáng)化<

4、br>　　(1)首先針對(duì)于研究課題設(shè)計(jì)搭建VRTM成型設(shè)備，通過(guò)工藝條件對(duì)比兩種環(huán)氧樹脂E51體系和LT5078體系，并根據(jù)試樣斷面掃描電鏡照片綜合分析，得出環(huán)氧樹脂LT5078體系對(duì)CF的浸潤(rùn)性更好，兩者的界面結(jié)合性更好，所以選擇LT5078體系作為VRTM成型用樹脂，其中環(huán)氧樹脂(LT5078A)和固化劑(LT5078B)的質(zhì)量配比為10∶3，固化溫度常溫，固化時(shí)間為24h，后固化溫度為80℃，后固化時(shí)間為3h，真空度為0.1MPa

5、。
　　(2)為了研究納米填料的加入對(duì)CF/EP復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響，在環(huán)氧樹脂LT5078體系中分別加入相對(duì)于EP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％和0.5％的CNTs，用VRTM成型制得CNTs/CF/EP復(fù)合材料。通過(guò)拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在LT5078體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt％CNTs時(shí)，和沒有加CNTs的復(fù)合材料相比，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度有一定程度的提高，拉伸模量提高19％;當(dāng)LT5078體系中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5wt％CNTs時(shí)，

6、和沒有加CNTs的復(fù)合材料相比，拉伸強(qiáng)度變化不大，拉伸模量提高22.7％。另外在CF表面噴涂CNTs以后，相同層數(shù)的碳纖維厚度增加，這反而使得復(fù)合材料整體的力學(xué)性能有所下降。
　?。ǘ〤NTs/EP復(fù)合材料的導(dǎo)電性能研究
　　(1)CNTs在EP中的分散方式的不同，影響CNTs在EP中的分散程度，進(jìn)而影響CNTs在EP中的導(dǎo)電逾滲值。試驗(yàn)中我們采用溶劑超聲混合法，在EP中加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CNTs，得到CNTs在EP中的逾