電子束輻照固化多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料.pdf

1、基于碳納米管獨特的筒狀結(jié)構(gòu)、超強韌力學(xué)性能、優(yōu)異的熱學(xué)、光學(xué)和電學(xué)及化學(xué)特性，將碳納米管作為復(fù)合材料的功能與機械增強體的研究引起了人們的廣泛興趣。然而碳納米管加入聚合物基體后往往不能充分發(fā)揮其潛力，面臨的挑戰(zhàn)主要包括如何實現(xiàn)碳納米管的良好分散及與基體的有效界面結(jié)合等。相較于傳統(tǒng)熱固化方法，電子束固化技術(shù)具備固化速度快、施工能耗與工裝成本低、有害揮發(fā)物的釋放量少、收縮率低、提高復(fù)合材料之間的相容性、提高設(shè)計的靈活性、方便制備大型結(jié)構(gòu)件等優(yōu)

2、勢。針對碳納米管增強樹脂基復(fù)合材料中兩相界面較弱以及復(fù)合材料制備過程復(fù)雜、高耗等問題，提出對復(fù)合材料預(yù)聚體使用中低能直線電子加速器進行電子束輻照處理，在高效提高碳納米管表面不飽和碳原子濃度、強化碳納米管與基體界面的同時實現(xiàn)材料的輻照固化。這樣既可提高碳納米管的改性效率，又可增強相界強度、提高材料性能，還可簡化、“綠”化材料制備過程，從而產(chǎn)生經(jīng)濟、環(huán)境的雙重效益。
　　本文首先對電子束固化工藝條件進行了探索研究。輻照過程中輻照劑量率

3、、光引發(fā)劑種類及含量、環(huán)境溫度等均對環(huán)氧樹脂及其復(fù)合材料的固化行為產(chǎn)生重要影響，因而對上述關(guān)鍵影響因素進行了考核并確定了優(yōu)化電子束固化工藝條件。采用本文的輻照裝置，優(yōu)化電子束固化的輻照參數(shù)是：輻照電流2mA，溫度25℃，光引發(fā)劑（（4-甲苯基）[4-（2-甲基丙基）苯基]-六氟磷酸碘鎓鹽或4-4’－二甲苯基碘鎓六氟磷酸鹽）含量在1.5～3.0 wt％。
　　基于優(yōu)化的復(fù)合材料制備工藝參數(shù)，制備了不同尺寸（直徑，長度范圍）的多壁碳納

4、米管增強的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，研究了碳納米管的長度，直徑、結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)等對環(huán)氧樹脂拉伸性能、動態(tài)力學(xué)性能、電阻率、介電性能與磨損性能等的影響。
　　為進一步提高復(fù)合材料的性能，分別以γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）、丁基縮水甘油醚（BGE）、聚乙二醇二縮水甘油醚（PEGGE）對多壁碳納米管進行了共價功能化處理，研究了不同的表面功能化對純多壁碳納米管的表面性能的影響及環(huán)氧樹脂改性的效果和機理。結(jié)果表明碳納米管表面的GP

5、TMS功能基團有助于提高復(fù)合材料的界面鍵合，電子束固化GPTMS-MWNTs增強的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的機械性能較純環(huán)氧樹脂有明顯提高，且熱穩(wěn)定性優(yōu)于純碳納米管/環(huán)氧樹脂。GPTMS功能化的碳納米管可提供更有效的增強結(jié)構(gòu)，有助于提高材料的熱穩(wěn)定性。BGE功能化的碳納米管復(fù)合材料的拉伸模量較高，而PEGGE功能化的碳納米管的添加有助于復(fù)合材料斷裂伸長率的提高，當(dāng)功能化碳管的濃度高于一定值（0.25-0.5wt%）時，復(fù)合材料拉伸性能反而退化。

6、共價功能化碳納米管的復(fù)合材料的滲濾閾值高于純碳納米管復(fù)合材料。
　　此外制備了蒙脫土/碳納米管/環(huán)氧樹脂三元復(fù)合材料并研究了層狀顆粒與碳納米管共混對環(huán)氧復(fù)合材料性能的影響。三元復(fù)合材料的拉伸模量較二元復(fù)合材料有明顯提升，碳納米管在三元蒙脫土/碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料體系中的滲濾閾值高于碳納米管/環(huán)氧樹脂二元復(fù)合材料，需在更高的碳納米管濃度方可形成相互搭接的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
　　最后研究了采用電子束對碳納米管的表面輻照改性接枝馬來