多壁納米碳管-環(huán)氧樹脂復合材料結(jié)構與性能的研究.pdf

1、本文主要從分散和界面結(jié)合的角度出發(fā)研究了多壁納米碳管(MWNTs)與聚合物的復合,通過對復合材料微結(jié)構和力學性能的表征,分析了碳管在聚合物中的作用機理. 對MWNTs進行酸堿處理和胺功能化,采用FTIR、FEM和Raman等方法表征了不同方法處理對MWNTs形態(tài)和結(jié)構的影響.結(jié)果表明,在溫和的反應條件下,酸處理(V<,H2SO4>/V<,HNO3>=3:1)可使無定型碳和催化劑等雜質(zhì)去除,并且在不損壞碳管結(jié)構的基礎上使MWNTs

2、表面產(chǎn)生羧基.酸處理的碳管經(jīng)進一步酰胺化反應可在表面接枝三乙烯四胺,實現(xiàn)碳管的胺功能化.堿處理(V<,H2SO4>/V<,HNO3>=1:1)比酸處理使碳管分散性更好,結(jié)構破壞性更小,并且在其表面接上-NH2基,但催化劑雜質(zhì)不能完全去除. 采用溶液混合法制備了MWNTs/環(huán)氧樹脂復合材料.力學性能測試發(fā)現(xiàn),加入0.1wt﹪的碳管時復合材料的彎曲強度比純環(huán)氧樹脂低.當碳管含量達到0.5wt﹪時,碳管對環(huán)氧樹脂的增強作用開始體現(xiàn)出來

3、,其中堿處理的MWNTs由于在環(huán)氧基體中分散性好,并且與基體界面結(jié)合好,其增強作用最為顯著,可使環(huán)氧樹脂的彎曲強度提高26﹪,玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高19.5℃.表面活性劑有助于碳管在環(huán)氧基體中的分散,加入1.5wt﹪表面活性劑分散的多壁納米碳管(s-MWNTs)可使復合材料的彎曲強度達到最大值,但由于界面結(jié)合不好,其增強效果不顯著.熱性能測試發(fā)現(xiàn),碳管的加入對環(huán)氧樹脂高溫熱穩(wěn)定性影響較小. 通過超聲分散的方法MWNTs在1.0wt﹪

4、的表面活性劑水溶液中可獲得高穩(wěn)定性高濃度(5mg/ml)的懸浮液,然后與聚合物PVA水溶液混合,蒸發(fā)掉水分,可制得MWNTS均勻分散的復合材料.測試復合材料的拉伸性能發(fā)現(xiàn),s-MWNTS的加入可使:PVA的拉伸模量和拉伸屈服強度得到顯著的提高,其中加入5wt﹪的s-MWNTs可使復合材料的拉伸模量提高140﹪,拉伸屈服強度提高64.5﹪.DSC結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)復合材料的結(jié)晶度比純.PVA要低,因此,力學性能的改善是由于碳管在PVA基體中具有