玄武巖纖維表面生長碳納米管及其復(fù)合材料性能的研究.pdf

1、玄武巖纖維(CBF)是將火山石在1400～1500℃的高溫下熔融拉制而成的一種無機(jī)纖維，其生產(chǎn)過程清潔且廢棄產(chǎn)物可降解為土壤，成為21世紀(jì)無污染的綠色工業(yè)材料，是我國鼓勵發(fā)展的四大高技術(shù)纖維之一。CBF的成分種類與玻璃纖維(GF)相似，主要成分是SiO2、Al2O3，還包含少量的FeO、Fe2O3等金屬氧化物，因其優(yōu)異的力學(xué)性能，耐酸堿腐蝕性和熱穩(wěn)定性被廣泛用作纖維增強(qiáng)體應(yīng)用于復(fù)合材料中。
　　本課題基于提高復(fù)合材料界面強(qiáng)度的目的

2、，從CBF表面加載催化劑入手，研究了在CBF表面生長CNTs對復(fù)合材料性能的影響。具體實(shí)驗(yàn)方法是采用化學(xué)鍍鎳工藝在CBF表面均勻加載鎳催化劑，通過場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)研究了鍍鎳工藝參數(shù)對催化劑粒徑及分布的影響，通過對比確定出加載催化劑的最優(yōu)工藝條件。之后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積(CVD)生長碳納米管(CNTs)，用場發(fā)射掃描電鏡(FESEM)，透射電鏡(TEM)，拉曼光譜(Raman)等測試方法對生長的CNTs進(jìn)行表征，研究了不同CVD

3、參數(shù)下CNTs的形貌和分布，找到適合在CBF表面生長CNTs的工藝條件。將生長CNTs的CBF與環(huán)氧樹脂制備復(fù)合材料，通過觀察復(fù)合材料的斷裂面形貌，以及測試單絲的界面脫粘強(qiáng)度和復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度，進(jìn)一步確定能夠提高復(fù)合材料界面強(qiáng)度的工藝參數(shù)。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明化學(xué)鍍鎳法可以實(shí)現(xiàn)纖維表面催化劑的均勻分布。本實(shí)驗(yàn)中采用鎳鹽-水系的方法替代傳統(tǒng)的活化方法，并且發(fā)現(xiàn)催化劑粒徑與施鍍時間成正比關(guān)系，施鍍15min是CBF表面催化劑分布均

4、勻所需的最短時間，在此條件下的催化劑可以經(jīng)H2還原出粒徑約為20nm的納米Ni顆粒。
　　CNTs的分布與催化劑顆粒分布一致，在施鍍15min時纖維經(jīng)CVD之后可以生長出規(guī)整且分布均勻的CNTs。此外，CVD條件是影響CNTs分布的最重要因素之一，其中CVD溫度、時間和壓力都會對CNTs的形貌和結(jié)晶度產(chǎn)生影響。在500℃、0.01MPa條件下生長3min的CNTs整齊排列在CBF表面，中空管狀CNTs的結(jié)晶性能較高。生長CNTs的