EP 21碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响.pdf

!自!年#$%$&(!)发现碳纳米管（*+,-）以来.由于其独特的结晶形态和一系列卓越的力学、电学及热学性能(/.0)，被人们认为是终极的增强纤维，有望成为先进复合材料的理想增强体，可以极大的改善聚合物基体的强度和韧性。聚合物 1 碳纳米管复合材料也日益引起关注，成为碳纳米管应用研究领域的一个热点。环氧树脂具有优良的力学性能和物理性能，在航天器、太空飞船、电子产品以及其它的很多工业应用中发挥重要的作用(2)。但是固化后的环氧树脂通常比较脆，耐疲劳性、耐热性、抗冲击性都比较差，相应地限制了其广泛的应用。利用性能优良的碳纳米管来作为增强相对环氧树脂进行改性研究具有很高的现实意义。实验研究作者简介：高新春男!3!年生山东青岛人，北京化工大学在读硕士，主要从事聚合物基纳米复合材料的研究，45&$678889:;!&。收稿日期：/:?:?!3炭素技术#$%&()*#+(,-.*/炭素技术0112 年第 0 期第 03 卷0112405678 03碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响高新春.宋怀河.郭鹏.陈晓红.申鹤云（北京化工大学 化工资源有效利用国家重点实验室.北京!:/）摘要：采用模具浇铸法，通过对多壁纳米碳管（AB*+,-）进行表面官能化，制备了 AB*+,-1 环氧树脂复合材料。使用,4A、C4A、DEC4A 和万能材料拉伸机对材料的结构和性能进行了测试和表征，并分析了微观结构与性能之间的关系。结果表明：当 AB*+,C 的添加量达到 3F 时，复合材料的综合性能达到最佳，拉伸强度和断裂伸长率分别提高!0F 和!/G9 3F。关键词：碳纳米管H 环氧树脂H 复合材料H 增韧中图分类号：,I030；,I00/文献标识码：J文章编号：!:!50G2!（/:G）:/5:!05:*99*#)9:;#()/#()*()()+*?#:5ONT.CD4+DQ5UPNVCWWQ XQU YZWU *OQ&$=6 EQ-P=Q 4NT$NQQ$NT.IQ$%$NT RN$Q-$WU *OQ&$=6,Q=ON6TU.IQ$%$NT!:/.*O$N$ABCDEFCG AP6W$_66Q=ZN NNWPZQ-VAB*+,-1QabU=&a-$WQ-_$WO$QQNW AB*+,-=NWQNW-OQ ZQQNaQaQ ZU=-W?&6$NT&QWO9,OQ AB*+,-_QQ$-W6U-P=Q PN=W$N6$cQ ZU P6W-N$=W$N$N&$bQ=$aaa$WQ6U9,OQ&Q=ON$=6 aaQW$Q-WOQ=&a-$WQ-N WOQ Q6W$N-O$a ZQW_QQN WOQ aQ&N=Q N WOQ&$5=-WP=WPQ _QQ$NQ-W$TWQ ZU,4A，C4A，DEC4A N WOQ WQN-$6Q WQ-W$NT&=O$NQ9,OQ Q-P6W-$N$=WQ WOW WOQ-WQNTWO N WPTONQ-WOQ=&a-$WQ-_QQ&W$=66U$&aQ _$WO WOQ$W$N AB*+,-&/9:F W39:F9,OQ=&a-$WQ-_$WO 39:F AB*+,-=NWQNW QbO$Z$W-&P=O O$TOQ&Q=ON$=6 6PQ WON WOW aPQ Q-$N.NWOQ WQN-$6Q-WQNTWO N Q6NTW$N W ZQ8$N=Q-Q ZU!0F N!/G9 3F.Q-aQ=W$Q6U9HIJ K6DLB7*ZN NNWPZQ-；QabU Q-$NH=&a-$WQH WPTONQ-!#图!原始#$%&(（)）和酸化处理后#$%&(的*+#图,-./!+#-0).1(23 4)5 67891#$%&():9 4;5)6-9=71)=19#$%&(!$#理论上，碳纳米管%环氧树脂复合材料应该具有极其优异的性能，但从目前国内外的研究现状来看&()(*+，,-./在提高复合材料力学性能方面并未发挥出理想的应用效果，比理论值差很多。分析其原因，改善,-./在聚合物中的分散状况和增强,-./与聚合物的界面作用是获得高性能的聚合物%碳纳米管复合材料的关键。本实验采用模具浇铸成型法制备碳纳米管%环氧树脂复合材料。通过对,-./进行表面改性，提高了其在树脂基体中的含量并达到均匀分散。分析复合材料的力学性能和其断口形貌，初步探索了碳纳米管增强增韧的机理。!实验!/!原材料基体为低粘度的环氧树脂 01（无锡树脂厂生产），固化剂为 2 3 乙基 3 4 3 甲基咪唑（天津化学试剂有限公司），碳纳米管为由清华 3 南风纳米粉体化工程中心提供的多壁碳纳米管（56,-./）（直径 7)8 9:，长度：8;7 88!:，纯度$复合材料试样制备将 1 原始 56,-./样品放入 18:?28=稀-AB溶液水浴浸泡 24 C，保持水浴 48 D，然后洗涤、过滤至 E F*，烘干至恒重，得纯化后的多壁碳纳米管。对 56,-./的有机化学修饰采用浓硫酸和浓硝酸超声处理的方式。将 8;经纯化后的56,-./与 28:?浓硝酸和)8:?浓硫酸一起加入烧杯中，用 GH 3 188 超声波清洗器超声 C，不加热。超声完成后将该 56,-./洗涤、过滤至 E F*，I8 D烘干至恒重，即得改性处理后的 56,-./。将所得,-./按一定配比加入到预热的环氧树脂中，先进行人工搅拌，然后用高能超声（)88 6）分散 4 C，使得环氧树脂与,-./充分混合均匀；加入固化剂，搅拌均匀并抽真空去除气泡，然后浇入模具中，升温固化至完全，冷却脱模，制得 56,-./%环氧树脂复合材料。!/?复合材料力学性能测试与断口分析材料力学性能测试利用美国 J9/KLM9 公司生产的 J9/KLM911I 型万能拉伸测试机对碳纳米管%环氧树脂复合材料的相关力学性能进行测试，如拉伸强度、断裂伸长率、弹性模量，并且进行结果分析。拉伸速度是 2:%:N9，每个数据取 个试样测试所得的平均值。材料断口扫描分析利用,$:LNOP Q 3 285GB 扫描电镜对材料断口进行表征。将材料的拉伸断口切下，表面喷金后进行Q05 扫描观察形貌。结果与讨论/!碳纳米管的微观形貌图 1 中!$#、!#分别代表原始 56,-./和经过表面改性后 56,-./的 Q05 图。由图 1（$）可见，作为纳米尺寸的 56,-./由于其独特的结构，具有极大的表面能，使其相互缠绕在一起成网状。同时原始的 56,-./中含有一些杂质，如（$）中的黑点，这些杂质为金属催化剂和无定型炭等。杂质粒子的存在影响了复合材料性能的改善，因此必须除去。由图 1（）可见，处理后的碳纳米管缠绕度降低，并且能够看到单根的碳纳米管的存在。黑点减少，说明56,-./中的杂质也基本除去了。/复合材料的力学性能图 2 为添加不同质量分数的 56,-./%环氧树脂复合材料的拉伸应力 3 应变曲线图。由图 2 可以看出，随着 56,-./添加量的增加，复合材料应力3 应变曲线下所包围的面积逐渐增加，说明复合材料的强度和韧性逐渐增加。尤其当 56,-./的添加量达到 I=时，曲线下所包围的面积最大，并出现了炭素技术A 年!图#碳纳米管$环氧树脂复合材料的应力%应变曲线&()#*+,-.%.+,/0 12,3-.45 6789:.$-;4?;4.+-.（!）拉伸强度（）断裂伸长率较长的韧性平台。这表明由于#$%&特殊的力学性能，碳纳米管的添加不仅能够改善复合材料的力学性能，而且还可以对环氧树脂起到增韧的作用。(#$%&的添加量对复合材料的性能影响较大，能够对环氧树脂起到既增强又增韧的作用。图)为(#$%&*环氧树脂复合材料力学性能与(#$%&的含量之间的关系图。从图)（!）中可以看出，当(#$%&的添加量低于+,-.时，可以看到没有起到增强的效果，反而降低了材料的力学性能，这可能的原因有：一是(#$%&的添加量低时，在环氧树脂中没有形成有效的增强网络，降低了树脂本身的性能；二是嵌在环氧树脂基体中的(#$%&可能被弯曲，弯曲的(#$%&的增强效果与伸展的(#$%&相比要差很多；三是可能与(#$%&的外层结构有关，在(#$%&的单独的石墨片层间存在着弱的范德华力，因而在(#$%&的管束间或各层管壁间可能要产生滑移。这些原因都可能使得复合材料的力学性能与理论值有较大的差距。综合图)分析，可以看出随着(#$%&的添加量的增大，复合材料的拉伸强度呈现增大的趋势，其断裂伸长率同时逐渐增大，弹性模量逐渐降低。该结果与图+相吻合。当(#$%&的添加量达到/.时，复合材料的综合性能最好，拉伸强度、断裂伸长率较纯树脂基体分别提高 0).和 0+1,/2.，同时还提高了复合材料的韧性。这可能是当增大(#$%&添加量时，在树脂基体中起到了与高分子类似的增强骨架的作用。表面改性后的(#$%&表面带了大量的34、#334 等极性官能团，使其能够与环氧树脂基体通过#3#化学键结合，形成牢靠的界面连接，从而在材料承受外力载荷的作用时起到负载转移的目的，承受负载。(#$%&的加入能够改善环氧树脂的韧性，这一点可能与(#$%&自身的结构有关。(#$%&可以看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成，为同心结构，它们之间以范德华力结合。由于在复合材料中的(#5$%&经过表面官能化，能够起到承受载荷的只是其外壁，而内壁却不承受应力。碳纳米管与环氧树脂之间通过很强的化学键结合，导致受力时，(#$%&的外壁由于酸化处理后局部剥离、断裂，使内管拔出，更进一步引发(#$%&的失效，从而变相提高了环氧树脂的韧性。（6）弹性模量图 6789:.添加量对复合材料力学性能的影响图&()A05B2-01-45 6789:.140+-0+40-1C/01/B;,4;?-,+-.45+C-14;4.+-.高新春碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响第#期!（!）#（$）%&#（(）)#（*）+#图#$%&()*环氧树脂复合材料断裂面的高分辨+,$图像（-.）/012#34 5+,$06718)9:;?=8)?=:78)9:$%&()*89AB 969)0;8)（-.）C2 D复合材料的断口形貌分析如图+所示，,-./01 2 环氧树脂复合材料拉伸断口 34,图。与（!）对照，（$）、（*）、（(）图中的白点为基体包裹的碳纳米管凸头，可以看出不管,-./01 的添加量为多少，白点的分布很均匀，说明实验中处理后的,-./01 在复合材料中分散比较均匀，没有出现团聚，可以认为其达到了纳米级的分散，同时也说明实验中采用的原位复合法能够使碳纳米管以纳米结构状态分散在树脂基体中。同时还可以看出纯树脂的断裂面很光滑，而添加了,-./01 的复合材料的断裂面则比较粗糙，这也说明,-./01 的添加改善了环氧树脂的韧性。为了进一步了解,-./01 在树脂基体中的分散情况，对含量)#样条的断口进行了高分辨 34,扫描，如图 所示。从图 中可以很清晰地看到在碳纳米管凸头的边缘有“坑”的痕迹出现，同时拉断的,-0/01 的直径 5 多纳米，明显粗于原始,-.6/01 的直径。这说明碳纳米管与环氧树脂已经形成牢固的界面连接，从而在拉伸时，使作用在树脂基体上的负载通过界面转移到碳纳米管上，起到承担图 E不同含量的&()复合材料的断面的+,$图像/012 E+,$06718)9:;?=8)?=:78)9:$%&()*89AB 969)0;8)炭素技术CFFG 年!#!$#!%#!&#!#!(#!)#文摘%&%&%&%&从法国*+,-./0,1 22 展览会看砂石料机械的发展!刊，中#3 陈文龙 3 3 矿山机械，22(，$&（)）：(4 5针对国内砂石料机械 给料机、破碎机、振动筛、细砂回收系统等设备与国外的差距，作者通过展览会、国外专家讲课、参观法国砂石料机械加工厂，试图分析这些国外机械特点和发展方向，向国内系统设计、机械制造、使用单位提供参考。图)国外大型球磨机发展现状!刊，中#3 李文亮，杨涛，于向军，等 3 3 矿山机械，22(，$&（)）：)$4)&球磨机规格存在大型化发展趋势，本文通过查阅大量国外文献，介绍了国外大型球磨机的设计、制造现状、主要生产企业及其产品的技术参数、结构工艺特点等，概述了球磨机的齿轮驱动系统、支承系统、有限元分析和离散元仿真等关键技术。图 6 参 回转窑筒体轴线测量仪的开发研制!刊，中#3 杨根喜，肖兴明 3 3 矿山机械，22(，$&（)）：6)4 6$回转窑是冶金、化工、水泥、耐火材料生产中的关键设备，是一种重载、大扭矩、多支点、静不定（一般为三支点以上情况）运行系统。运行中筒体各段温差变化引起的热变形、托轮轴瓦、托轮、轮带内外圈的不均匀磨损等原因，将引起窑运行轴线的变化。本文分析了对回转窑运行轴线的测量的重要性，并从测量方法、原理、实际应用等方面阐述了一种回转窑轴线测量方法与系统。所研制的测量仪选用 789:*-;基于图形化编程语言的开发环境，为数据采集、信号处理和硬件驱动等提供了丰富的函数库和工具箱。图 参$层振动筛在石油焦中碎筛分系统中的应用!刊，中#3 郑淑华 3 3 有色金属设计，22，$（%）：)&4)(从石油焦中碎系统入手，分别阐述了应用较为广泛的 种典型配置及其特点。同时，介绍了$层振动筛应用于石油焦中碎筛分系统的配置及优点，可供选择时借鉴、参考。图$谈谈阳极焙烧炉的设计节能!刊，中#3 谢锋 3 3 有色金属设计，22，$（%）：)4$从设计者的角度，阐述了阳极焙烧炉的设计，必须从实际出发，充分考虑其实用性，以最低的投入，获得最大的产能，尽可能地降低生产能耗，节约生产成本。同时，介绍了一些提高阳极焙烧炉技术水平，降低阳极焙烧炉能耗的方法。参 连续混捏机的混捏机理研究及其对生产维修的指导!刊，中#3 袁仁春 3 3 轻金属，22(（)）：$(4%)在电解铝行业的阴 1 阳极生产中，混捏工序是极为重要的环节，直接影响着阴、阳极制品的质量和电解铝成本。混捏设备种类较多，但目前世界各大阴、阳极工厂应用最广泛的还是连续混捏机。目前国内有关连续混捏机的论文、资料较少，但生产实践中又存在不少疑问。笔者根据自己多年来对瑞士 公司的?&22?-5&A 型连续混捏机的生产、维修实践经验，有重点地介绍了连续混捏机的结构、技术参数、工作原理，并通过对动搅刀间相对复合运动的计算分析，阐明了其混捏机理。同时，指出了其在生产实践中暴露出的不足之处，分析了其原因，并提出了相应的改进意见。图 6 表&参%生阳极车间沥青烟污染物现场测试分析!刊，中#3 刘军山，万沐 3 3 轻金属，22(（)）：%4%&通过对生阳极生产车间的现场测试，以及工程设计的总结，分析了工艺设备在生产过程中产生的烟气及粉尘的数量、浓度及所需排风量，对系统主要物料的性质，物料量及物料的温度、湿度，设备运行特点有了进一步了解，为该系统沥青烟及粉尘净化设计提供了基础数据。表&参$负载且同时消耗断裂能量，从而达到利用碳纳米管优异的力学性能来提高复合材料性能的目的。#结论实验中采用对/;B+,C 进行先纯化后酸化的表面改性方法，提高了其在树脂中的溶解度，在模具浇铸成型不用溶剂的状况下提高 B+,C 在树脂中的添加量并能够达到均匀分散。/;B+,C 能够改善环氧树脂的力学性能，对树脂能起到增强增韧的作用，并且添加量对材料的力学性能具有很大影响。当/;B+,C 的添加量达到 6D时，复合材料的综合性能最好。参考文献：*E*/0 FGHIJ8H KIJLMNO9GC MP QL8RSINIJ J8L9MT!E#+8UNOLGV)55)V$&%W(XY&4&6BZ77*+V 0:Z=.*+8TMNO9GC PML GHGJNLMTIJC!E#JIGTNIPIJ 0KGLIJ8TV 222V 6$WXY 4 5E 07:-,0,V E/JI _ LMV)555V 5 W$XY&4 2陈平V 刘胜平 环氧树脂!/#北京Y 化学工业出版社V)555)&4%0770Z=*0V V BF-+F/V 0*E JIGTJG 8T,GJSTMHMQV 22，W)&XY)55$4)556BF0A7-.7 V*0+0.*BV 0E0b0+/7M8NL8TCPGL IT J8L9MT T8TMNO9G GRMa JMKRMCINGC!E#0RRHIGSCIJ8H 7GNNGLCV)556，($WXY$%6 4$6%0./Z,AV 07:-,0,E，GN 8H/GUJS8TIJ8H RLMRGLNIGC MP KOHNIc8HH J8L9MT T8TMNO9GC 3 GRMaJMKRMCINGCY ITPHOGTJG MP TGNcMLd KMLRSMHMQ!E#B8L9MTV22%，%WX Y$4$5高新春碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响第$期碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响碳纳米管添加量对环氧树脂基复合材料性能的影响作者：高新春，宋怀河，郭鹏，陈晓红，申鹤云，GAO Xin-chun，SONG Huai-he，GUO Peng，CHEN Xiao-hong，SHEN He-yun作者单位：北京化工大学,化工资源有效利用国家重点实验室,北京,100029刊名：炭素技术英文刊名：CARBON TECHNIQUES年，卷(期)：2007，26(2)引用次数：5次 参考文献(7条)参考文献(7条)1.IIJIMA S Helical microtubes of graphitic carbon 1991(07)2.COLLINS P G.AVOURIS P Nanotubes for electronics 2000(06)3.J P SALVETAT.J M BONARD.A J KULIK.L FORRO Mechanical properties of carbon nanotubes 1999(03)4.陈平.刘胜平 环氧树脂 19995.ALLAOUI A.BAI S.CHENG H M.BAI J B Mechanical and electrical properties of a MWNT/epoxy composite2002(15)6.SCHADLER L S.GIANNARIS S C.AJAYAN P M Load transfer in carbon nanotube epoxy composites 1998(26)7.BRETON Y.SARMOT G D.SALVETAT J P Mechanical properties of multiwall carbon nanotubes/epoxycomposites:influence of network morphology 2004(02)相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 王国建.郭建龙.屈泽华.WANG Jian-guo.GUO Jian-long.QU Ze-hua 碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究-玻璃钢/复合材料2007,(4)本文研究了碳纳米管在环氧树脂中的分散方式及碳纳米管长度对环氧树脂复合材料力学性能的影响,并对单壁与多壁碳纳米管分别制备的环氧树脂复合材料的力学性能进行了分析探讨.本实验条件如下:搅拌时间为8h时复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别可比1h时增加41%、22%和38%;超声波处理时间为4h时复合材料的冲击强度、拉伸强度和弯曲强度分别可比处理1h时增加143%、30%和45%,但超声波处理时间不宜过长,否则会破坏碳纳米管表面,导致性能下降.短碳纳米管在环氧树脂中的分散性较好,对环氧树脂复合材料的增强效果较好.长碳纳米管对提高复合材料的韧性有利.与长度为50m时相比,碳纳米管长度为2m时制备的环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度高49.2%和45.3%,但断裂伸长率低33%.与单壁碳纳米管相比,多壁碳纳米管与环氧树脂的界面结合力更好,更适于做环氧树脂增韧材料.相同实验条件下多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的冲击强度、断裂伸长率和拉伸强度较单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料可分别提高31%、24%和28%.2.学位论文 戴胜 碳纳米管的环氧化改性以及碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备和性能研究 2007 碳纳米管具有优异的力学性能，独特的微观结构，极大的长径比和比表面积，有望成为先进复合材料的理想增强体。关于环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究虽然取得了一些进展，但是一些最基本的问题目前并没有真正得到解决。目前采用的分散方法虽然在一定程度上提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散程度，但这些方法还不能做到碳纳米管的充分分散，所以寻找合适的方法使得碳纳米管以纳米尺度充分分散在环氧树脂中，仍然是制备高性能碳纳米管/环氧树脂复合材料的首要问题。本文分别采用了溶液法和熔融法制备了环氧功能化的碳纳米管。考察了环氧功能化对碳纳米管在环氧树脂中分散性以及对制得的复合材料性能的影响。溶液法是以三苯基膦(TPP)为催化剂，以 N，N二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，通过酸化碳纳米管（MWCNT-COOH）上的羧酸基团和环氧树脂反应。制备了环氧功能化的碳纳米管（MWCNT-E51）。并分别运用红外光谱（FTIR）、紫外光谱（UV）、拉曼光谱、热失重（TGA）和扫描电镜（SEM）对环氧功能化的碳纳米管进行表征。光谱分析的结果表明：环氧树脂已成功的接到碳纳米管上。SEM的照片表明碳纳米管表面已经被环氧树脂包覆从而使得碳纳米管直径增加。同时运用滴定的方法分析了催化剂浓度、反应温度对环氧功能化程度的影响。结果表明催化剂浓度在0.25-0.5、反应温度在150?C左右是一个比较合理的条件。熔融法是以三苯基膦(TPP)为催化剂，通过环氧基团和酸化碳纳米管（MWCNT-COOH）上羧酸的酯化反应，成功的制备了环氧功能化的碳纳米管（MWCNT-E51）。分别运用红外光谱（FTIR）、热失重（TGA）、扫描电镜（SEM）对环氧功能化的碳纳米管进行表征。红外光谱表明环氧树脂已经成功地接到碳纳米管上。FE-SEM的照片显示：碳纳米管的周围被环氧树脂所包覆，使得碳纳米管的直径变粗。滴定的结果表明：反应温度的升高能有利于环氧树脂和酸化碳纳米管反应，环氧功能化的程度得到提高。同时，分子量小的环氧树脂更容易接到碳纳米管上。同时制备了酸化碳纳米管/环氧树脂（MWCNT-COOH/EP）和环氧功能化的碳纳米管/环氧树脂（MWCNT-E51/EP）复合材料。并对碳纳米管在环氧树脂中的分散性和复合材料的力学性能进行了研究。SEM 结果表明环氧功能化的碳纳米管在环氧树脂中具有更好的分散性。DMA测试的结果表明：碳纳米管的加入提高了环氧树脂的储能模量。MWCNT-E51/EP复合材料的玻璃化转变温度比环氧树脂高且随着碳纳米管含量的增加而提高。而MWCNT-COOH/EP复合材料的玻璃化转变温度却比环氧树脂低且随着碳纳米管含量的增加而降低。3.会议论文 赵东林.沈曾民 碳纳米管增强环氧树脂涂层的制备及其微波特性 2004 用竖式炉流动法,以铁为催化剂,硫为助催化剂,苯为碳源通过催化裂解反应制备了碳纳米管,碳纳米管的外径为3080纳米,内径1050纳米,长度501000m.将碳纳米管润湿,然后加入环氧601树脂,均匀搅拌并超声,使碳纳米管与环氧601树脂胶粘润湿,搅拌均匀后,再加入固化剂.把混有碳纳米管的环氧树脂涂料涂覆于铝板上,制成碳纳米管增强环氧树脂涂层,固化后测试其在8.212.4GHz的复介电常数和复磁导率,并测试其在818GHz的微波吸收性能.碳纳米管增强环氧树脂涂层复介电常数的实部()为13.8614.87,虚部()为5.876.42,介电损耗tg()为0.420.45;复磁导率的实部()为1.021.14,虚部()为0.080.11,磁损耗tg()为0.060.11,在218GHz反射率小于-5dB的频宽为4.7GHz,反射率小于-10dB的频宽为3.0GHz,最大吸收峰在11.4GHz(R=-22.89dB),碳纳米管增强环氧树脂涂层是一种很好的微波吸收材料.4.学位论文 王建国 多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料结构与性能的研究 2006 关于环氧树脂/碳纳米管复合材料的研究虽然取得了一些进展，但是一些最基本的问题目前并没有真正得到解决。目前采用的分散方法虽然在一定程度上提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散程度，但这些方法还不能做到碳纳米管的充分分散，所以寻找合适的方法使得碳纳米管以纳米尺度充分分散在环氧树脂中，仍然是制备高性能碳纳米管/环氧树脂复合材料的首要问题。本文采用胺功能化的方法处理碳纳米管，考察了胺功能化对碳纳米管在树脂中分散性及得到的复合材料性能的影响。采用不同的强酸体系和处理条件对碳纳米管进行处理，考察了不同的酸处理体系及条件对碳纳米管结构和化学性质的影响。结果表明，采用硝酸和硫酸的混合酸，在温和条件下处理碳纳米管，可以在不损害碳纳米管基本结构的基础上，在碳纳米管表面产生大量羧基。采用酰氯化后胺取代路线在碳纳米管表面接枝胺功能基，研究了产物的结构。结果表明，采用酰氯化后胺取代路线可以成功在碳纳米管表面接枝长度不同的多种胺功能基，接枝三乙烯四胺不但把碳纳米管的惰性表面变成极性表面，还可以扩大碳纳米管的管间隙，使碳纳米管的整体状态保持疏松，有利于碳纳米管在聚合物基体中的分散。碳纳米管环氧树脂的固化行为对其固化物的物理及力学性能有重要的影响。用DSC法研究了加入胺功能化碳纳米管的固化动力学，结果表明，胺功能化碳纳米管的加入降低了环氧树脂固化反应的活化能，且加入胺功能化碳纳米管的环氧树脂固化反应程度高于加入未胺功能化碳纳米管的环氧树脂的固化反应程度。采用超声波分散的方法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料，并分析了不同碳纳米管对环氧树脂性能的影响。结果表明，胺功能化碳纳米管与环氧树脂有更好的相容性，更易于在环氧树脂中分散，并较大地提高了环氧树脂的强度、韧性、玻璃化转变温度及热分解温度。研究了多壁碳纳米管对环氧树脂光透过性的影响，并比较了未胺功能化碳纳米管与胺功能化碳纳米管的不同作用，评价了胺功能化碳纳米管/环氧树脂复合材料用做光电器件包装材料的可能。胺功能化可以促进碳纳米管在环氧树脂中的分散，从而在基体与分散粒子的折射系数差大于0.1时，复合材料仍然保有较高的透光率。采用性质和形态不同的两种碳纳米管与环氧树脂复合，考察了碳纳米管本身的结构和形态对环氧树脂热及力学性能的影响。结果表明，束状碳纳米管由于缠结少，比单分散碳纳米管更易分散在环氧树脂树脂中，且束状碳纳米管对环氧树脂力学及热性能的提高要大于单分散碳纳米管。5.期刊论文 郑亚萍.张娇霞.许亚洪.戴峰.宁荣昌.ZHENG Ya-ping.ZHANG Jiao-xia.XU Ya-hong.DAI Feng.NING Rong-chang 碳纳米管/环氧树脂复合体系研究-化学与黏合2008,30(5)采用熔融混合法,利用超声分散制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料.研究了羟基化碳纳米管的添加量对复合材料的反应活性的影响;同时测试了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的弯曲性能和电性能,并利用透射电镜对碳纳米管在复合材料中的微观结构进行了表征.结果表明:碳纳米管使复合材料的反应活性有所提高;当碳纳米管含量为1%时,碳纳米管/环氧树脂复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别由纯体系的143.32MPa和3563.76MPa提高到155.79MPa和3690.45MPa,碳纳米管在环氧树脂基体中呈单根分散.碳纳米管使复合材料的体积电阻率和表面电阻率下降2个数量级.6.学位论文 李卞 多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的固化行为及其动态力学性能研究 2009 本文分别采用热固化和辐射固化制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)/环氧树脂复合材料，并首次实现了-射线、电子束对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的固化。通过索氏提取法、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)和动态热机械性能分析法(DMA)测试了多壁碳纳米管/环氧树脂复合体系的凝胶含量、转化率、热流曲线以及动态力学性能等参量，采用扫描电子显微镜(SEM)表征了复合材料的微观组织；对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的固化行为与动态力学性能进行了较系统研究。通过三种固化方式制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料，考察了固化方式、碳纳米管含量及酸化对碳纳米管/环氧树脂复合材料固化行为、结构及动态力学性能的影响。通过加热固化的方式制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料，结果表明加入少量碳纳米管的复合体系的凝胶含量比纯环氧树脂体系的高；但当碳纳米管含量达到1.5wt后，凝胶含量开始下降。复合材料的贮能模量开始是随着碳纳米管含量的增复合体系的玻璃化温度的上升，同时也使得复合体系的内耗增加；但当碳纳米管的含量达到2wt时，碳纳米管易严重团聚，造成复合体系中的缺陷增多，使得复合体系的内耗降低。通过-射线辐射制备了多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。复合体系的凝胶含量随着辐射剂量、光引发剂含量的增加而增加。由于多壁碳纳米管对活性反应中心的影响，转化率随着碳纳米管加入量的增加呈先下降，在碳纳米管含量超过0.5wt后，开始增加的趋势。由于碳纳米管的加入，复合体系的DSC曲线在105左右处的吸热峰消失；碳纳米管含量为0.5wt的复合材料的DSC曲线与其它碳纳米管复合材料的DSC曲线在80150区间的两个放热峰有部分重合；且在250左右，残留的光引发剂受热分解，出现了一个吸热瞬间转变为放热的区间。通过电子加速器电子束辐射制备了原料碳纳米管/环氧树脂复合材料和酸化碳纳米管/环氧树脂复合材料。这两类复合材料的凝胶含量和转化率都要比纯环氧树脂体系的高，原料碳纳米管/环氧树脂复合材料的凝胶含量和转化率随着碳纳米管含量的增加而提高；而对于酸化碳纳米管/环氧树脂复合体系，凝胶含量和转化率随着碳纳米管的加入量的增加呈先增加，后下降的趋势。碳纳米管的加入，对原料碳纳米管/环氧树脂复合体系的温度-热流DSC曲线的影响并不明显，但是酸化碳纳米管/环氧树脂复合材料在200开始热分解。酸化碳纳米管/环氧树脂复合材料的贮能模量是随着碳纳米管含量的增多而降低。碳纳米管的加入提高了复合体系的玻璃化温度，增加了内耗；但当碳纳米管的含量增加到2wt时，碳纳米管易团聚，内耗降低。7.期刊论文 王国建.郭建龙.屈泽华.WANG Guo-jian.GUO Jian-long.QU Ze-hua 乙二胺修饰的碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响-玻璃钢/复合材料2006,(6)利用乙二胺对多壁碳纳米管(MWNTs)进行化学修饰,并制备碳纳米管/环氧树脂复合材料,研究了乙二胺修饰的碳纳米管对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的影响.实验表明,碳纳米管经乙二胺修饰后,改善了它在环氧树脂中的分散性,提高了环氧树脂复合材料的力学性能.氨基化碳纳米管用量达1.0%时,复合材料的冲击强度、断裂伸长率、拉伸强度和弯曲强度分别较纯环氧树脂提高200%、275%、48%和30%.8.学位论文 贾春燕 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究 2008 碳纳米管具有独特的微观结构，极大的长径比和比表面积，优异的力学性能与导电性能，与聚合物复合可开发出许多新型复合材料。本文以环氧树脂为基体，碳纳米管为增强体，用真空浇铸法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究碳纳米管添加量、分散方式、表面活性剂添加以及碳纳米管镀银处理对制备碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的力学性能及电学性能的影响，用电化学测试仪和电子万能实验机等仪器对材料的性能进行了测试，用TEM、SEM等对复合材料结构进行了表征。结果表明：1.采用超声波分散及真空浇铸成型法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料具有较好的力学性能和电学性能。2.适量碳纳米管的加入有效提高环氧树脂复合材料的力学和电学性能，体系出现两个渗流阀值，分别在碳纳米管含量约为0.3wt和1.1wt时。3.当碳纳米管含量为0.75wt.时，复合材料的力学性能最佳，复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了18.3、20.5和92.8。4.对碳纳米管用表面活性剂进行处理后，能更好地提高碳纳米管在复合材料中的分散性，从而提高复合材料的力学和电学性能，体系出现两个渗流阀值，分别是表面活性剂的含量约为碳纳米管含量的0.5倍和3倍时。当表面活性剂的添加量是碳纳米管的3倍时，复合材料的力学性能最好，相对于添加未表面处理的碳纳米管制备的复合材料，复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了21.66、26.86和41.05。5.增塑剂能使复合材料的力学性能下降，随着增塑剂含量的增加，复合材料的拉伸强度和拉伸模量都逐渐下降，断裂伸长率逐渐增加。合适含量的增塑剂能有效提高复合材料的电性能，体系中的两个渗流阀值为增塑剂含量约为2.5wt和7wt时。6.比较不同方法制备银粉改性的碳纳米管/环氧树脂复合材料，结果表明银粉的加入能提高复合材料的综合性能，尤其是化学镀银方法能使银粉更均匀包覆在碳纳米管上，提高了碳纳米管的分散性以及复合材料的综合性能。体系的两个渗流阀值分别出现在银粉的含量约为17.5wt和30wt时。当银粉的添加量为25wt时，复合材料的力学性能最好，相对于只添加碳纳米管而言，复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了35.11、36.21和19.95。9.期刊论文 高少锋.崔屾.GAO Shaofeng.CUI Shen 碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展-材料导报2005,19(z1)概述了碳纳米管及环氧树脂的性质,分别介绍了物理共混法和化学改性法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料;主要涉及多壁碳纳米管/环氧树脂和单壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学和力学性能以及碳纳米管与环氧树脂之间的界面相互作用,并讨论了碳纳米管在环氧树脂中的分散效果、取向作用等对此类复合材料性能的影响;最后探讨了该研究领域存在的问题及今后可能的发展方向.10.学位论文 曹素芝 碳纳米管/环氧树脂复合材料导电性能的研究 2008 碳纳米管(CNT)具有优异的力学性能、电学性能、独特的微观结构，极大的长径比和比表面积，在众多领域有潜在的巨大应用价值，成为近年来材料科学领域中一个非常令人注目的研究热点。导电高分子材料的突出优点是既具有金属和无机半导体的电学和光学特性，又具有有机聚合物柔韧的机械性能和可加工性，还具有电化学氧化还原活性。显示出其广阔的应用前景，因而对导电高分子材料的研究引起了人们浓厚的兴趣。本研究选用CVD法生产的多壁碳纳米管作为导电填料，提纯后分别采用机械搅拌、超声分散、微波处理、高速剪切和分散剂表面改性等方法，将碳纳米管均匀分散在基体环氧树脂中，制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料，实现了碳纳米管在树脂中的均匀分散。并使用SEM和表面电阻计等仪器对复合材料的导电性能和结构进行了测试和表征，并分析了微观结构与导电性能之间的关系。结果表明碳纳米管作为导电填料添加到环氧树脂中，采用有效的分散工艺将碳纳米管分散在基体中，使其在基体中形成三维导电网络，可大幅降低复合材料的电阻，满足抗静电材料的要求。研究显示，机械搅拌和超声分散能够将碳纳米管均匀分散于环氧树脂基体中，碳纳米管与环氧树脂比值为2时复合材料表面电阻率为109/sq，比纯环氧树脂表面电阻率降低3个数量级，添加量为6时表面电阻率为105/sq，达到抗静电材料的使用要求。SEM检测发现，采用微波处理、高速剪切和分散剂表面改性等分散方法，碳纳米管在基体中分散效果更佳，复合材料导电性更好。碳纳米管添加量为3条件下，只用机械搅拌分散和超声分散时，复合材料表面电阻率为109/sq；用微波直接在空气中处理3min后复合材料表面电阻率为107/sq，降低两个数量级；转速为6000r/min，高速剪切分散10min时电阻率为106/sq，降低3个数量级；用单种分散剂进行表面改性后，其中十二烷基苯磺酸钠和十八醇在与环氧树脂的比值分别为0.8、0.7B寸达到106/sq，而不同分散剂的复配分散效果更好，其中油酸和十八醇复配，用量同为2时电阻率达到105/sq，效果最佳。引证文献(5条)引证文献(5条)1.李其祥.袁观明.董志军.吕早生.李轩科 纳米碳管/环氧树脂复合材料的力学性能研究期刊论文-武汉理工大学学报2009(15)2.郭乔辉.周小平.王素琴.付宏伟