多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的摩擦磨损性能研究

采用浇铸法,利用超声分散制备了多壁碳纳米管(MWNTs)/环氧树脂(EP)纳米复合材料,研究了MWNTs的添加量及分散程度对复合材料表面形貌和摩擦磨损性能的影响,并探讨了影响MWNTs/EP复合材料摩擦磨损性能的因素.结果表明:随着MWNTs加入量的提高(1%～4%),复合材料的摩擦系数和磨损率均呈现降低趋势,摩擦系数由0.60降到0.22,磨损率由1.11×10-4mg/(N·m)降为2.22×10-5mg/(N·m);在MWNTs添加量(1%)相同的情况下,MWNTs分散程度高的复合材料的摩擦性能更好.纯环氧树脂与45#钢对摩时发生粘着磨损和疲劳剥落,而由于MWNTs的增强和自润滑作用,MWNTs/EP复合材料的粘着磨损和疲劳剥落显著减轻.

多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的固化动力学研究

采用熔融混合法向低粘度的环氧树脂中添加适量的多壁碳纳米管,制备新型纳米复合材料,并采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)测试转化率,采用差示扫描量热法(DSC)研究多壁碳纳米管/环氧树脂复合体系的固化动力学,并对纳米复合材料的力学性能进行研究。结果表明:多壁碳纳米管加入环氧树脂复合体系后,对固化反应有催化作用,固化反应速率增大,转化率提高,而复合体系的力学性能却有所下降,玻璃化转变温度变化不大。

聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸修饰的多壁碳纳米管及其环氧树脂纳米复合材料性能

为了改善多壁碳纳米管(MWCNT)在环氧树脂(EP)纳米复合材料中的分散性以及两者的界面结合作用,从而制备性能优良的EP纳米复合材料,本研究通过使包覆在MWCNT表面上的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)先后发生水解和置换,制备出聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸修饰的MWCNT,研究了不同反应阶段MWCNT的失重率、亲水性以及在水和丙酮中的分散性,并将改性后的MWCNT与EP复合制备纳米复合材料,研究其力学性能。研究结果表明,聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸修饰的MWCNT的失重率最小为8.36%,相比于PVP修饰和PVP水解修饰的MWCNT降低了17.2%和3.8%,并且在水和丙酮中的分散效果有了一定程度的提高。MWCNT经过聚N-乙烯基-γ-氨基丁酸修饰后与EP较难剥离,MWCNT外面包覆了较厚的界面层,可以显著提高MWCNT与基体EP的相容性和界面结合作用。改性后MWCNT的加入在提高纳米复合材料韧性的同时表现出对弯曲强度更好的保持能力,当MWCNT的质量分数为0.25%时,纳米复合材料的冲击强度提高了50.1%,弯曲强度提高了6.05%。

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

以化学修饰法在多壁碳纳米管上成功接枝了四乙烯五胺,并用溶液共混法制备出多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用电子拉力试验机、Agilent 4294A、差示扫描量热(DSC)和扫描电镜(SEM)对复合材料进行研究。结果表明,修饰后的碳纳米管能均匀分散在基体中,添加经修饰后的碳管比添加原始碳管更能提高环氧树脂的力学强度、热稳定性和介电性能。当经修饰后的碳管质量分数为1.5%时拉伸强度和断裂伸长率分别增加了84.3%和150%,玻璃化转变温度提高了32℃,复合材料的介电常数高达25.8。

表面官能团化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能

本文首先将多壁碳纳米管(MWNT)进行表面化学修饰,接入羧基、胺基等官能团,采用红外光谱进行了表征。以纯化后的MWNT和表面化学修饰的MWNT作为填料,制备了MWNT/环氧树脂复合材料,研究了MWNT的加入对环氧树脂的力学性能、电学性能、热稳定性和玻璃化转变温度等的影响,并利用场发射电镜观察了胺基化MWNT在环氧树脂基体中的分散情况。

羧基化多壁碳纳米管对T-1000碳纤维/环氧树脂复合材料性能的影响

对多壁碳纳米管进行了表面羧基化处理,将羧基化碳纳米管添加到环氧树脂基体中,通过湿法缠绕工艺制备出具有高性能的T1000碳纤维增强环氧树脂复合材料。结果表明,复合材料的界面性能和耐热性能得到改善,当羧基化碳纳米管质量含量为1%时,复合材料的层间剪切强度提高了近29%。

聚苯胺接枝多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的结构与力学性能研究

将十二烷基苯磺酸(DBSA)掺杂聚苯胺(PANI)接枝多壁碳纳米管(PANI-g-MWNTs)与环氧树脂(Epoxy)溶液共混、固化,制备了DBSA掺杂PANI-g-MWNTs/Epoxy复合材料。当核(MWNTs)-壳(DBSA掺杂PANI)结构溶解分散于Epoxy溶液中时,MWNTs表面PANI的溶解和溶胀把MWNTs隔开,使MWNTs均匀分散在Epoxy基体中。复合材料固化后,断面呈韧性断裂特征,MWNTs均匀分布在基体中,MWNTs与Epoxy间存在较强的界面粘结。DBSA掺杂PANI-g-MWNTs的引入促进Epoxy的固化反应,固化起始温度、放热峰值温度和固化反应热较Epoxy降低。复合材料的拉伸强度、杨氏模量、弯曲强度、弯曲模量和冲击强度较Epoxy分别提高61%、43%、78%、49%和33%。

单壁碳纳米管无纺布/环氧树脂复合材料的电磁屏蔽性能

采用一种导电材料预制体-单壁碳纳米管(Single-wall carbon nanotube,SWCNT)无纺布与环氧树脂复合制备了电磁屏蔽复合材料,并对所制复合材料的电磁屏蔽性能进行了表征。结果表明:所制复合材料对电磁波的屏蔽效率随SWCNT无纺布厚度的增加而增加。在较低的SWCNT无纺布填加量下所制复合材料可以实现对低频电磁波较高的屏蔽效率。不同于填加粉体导电材料所制电磁屏蔽复合材料,作为导电材料预制体使用的SWCNT无纺布是一个独立的整体导电薄膜,可以直接引入到基体当中,不存在分散问题。并且通过简单的导电预制体多层叠加的方式即可实现复合材料更高的屏蔽效率。

环氧树脂／多壁碳纳米管导电复合材料研究

采用不同氧化性的酸对多壁碳纳米管(MWNTs)进行处理,制备了环氧树脂(EP)/MWNTs导电复合材料。研究表明,少量的MWNTs就能使EP的导电性能有很大的提高;HNO3酸化处理不仅可在MWNTs表面引入活性基团并将MWNTs截短到合适的长度,改善其在树脂中的分散性,而且能有效去除非晶碳杂质,提高MWNTs的导电性,使EP/MWNTs复合材料的导电性能最好,渗流阈值只有0.5%左右;未处理的MWNTs在EP中的分散性较差,复合材料的渗流阈值为1.3%左右;而经混酸酸化处理的MWNTs中存在许多缺陷,且MWNTs的长度变得太短,复合材料的导电性能最差,渗流阈值为1.6%左右。

多壁碳纳米管在国产碳纤维增强环氧树脂复合材料中应用

研究了一种简易有效的多壁碳纳米管(MWNTs)分散入环氧树脂的方法,对树脂的工艺性进行试验研究;使用碳纤维复丝的力学性能来表征纤维/树脂界面性能和纤维强度转化效果,制备了含MWNTs的环氧树脂/碳纤维预浸料,并对使用此预浸料制备的复合材料单向板进行力学性能测试。结果表明,当MWNTs的用量为E–51的0.5%时,二者混合球磨8 h后配制的树脂溶液适用期大于24 h,黏度小于0.8 Pa·s,树脂浇铸体拉伸强度78 MPa,弯曲强度106 MPa,断裂伸长率4.3%;添加MWNTs之后纤维/树脂结合良好,复合材料单向板拉伸强度提升了7.2%,弯曲强度提升了9.73%,压缩强度提升了6.82%,层剪强度提升了11.54%。

超声振荡对多壁碳纳米管/VARTM用环氧树脂复合材料导电性能的影响

借助超声振荡工艺促进了多壁碳纳米管(MWNTs)在VARTM用环氧树脂(EP)中的分散,通过真空辅助树脂传递模塑成型(VARTM)工艺制备了MWNTs/EP复合材料试样并研究试样的导电性能。结果表明,随着超声振荡时间、功率和频率的增大,不同MWNTs添加量的试样导电性能均呈现出先升高后降低的趋势。在超声振荡时间90min、功率80 W和频率45kHz附近分别达到了阈值,MWNTs的添加量仅1%就可以达到降低纯EP表面电阻率(1012Ω·cm)近4个数量级的要求。实验还运用扫描电镜(SEM)证实了MWNTs在EP中的分散情况。

多壁碳纳米管的化学修饰及其增强环氧树脂复合材料的性能

研究原生多壁碳纳米管和己二胺修饰的多壁碳纳米管分别对环氧树脂的增强作用。用SEM、FT-IR及XPS对修饰前后的碳纳米管进行的表征表明,所用的方法可以在碳纳米管的表面接上己二胺。研究发现,修饰后的碳纳米管比原生碳纳米管对环氧树脂有更明显的增强作用。修饰后的碳管含量为2%时,拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度比纯环氧树脂分别提高79.7%、160.4%和188.2%。

聚苯胺功能化多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的热性能与电性能研究

采用可溶性导电聚苯胺功能化多壁碳纳米管(PANI-MWNTs)与环氧树脂(Epoxy)溶液共混制备了PANIMWNTs/Epoxy复合材料。当PANI-MWNTs溶解分散于Epoxy溶液中时,包覆在MWNTs表面的PANI分子链溶解和溶胀把MWNTs隔开,使MWNTs均匀分散在Epoxy中。MWNTs良好地分散及MWNTs与Epoxy间的界面粘结作用,阻碍Epoxy大分子链段的运动和热分解在复合材料中的传播,复合材料的玻璃化转变温度和热稳定性显著提高。PANI-MWNTs的引入使复合材料电导率上升,当其含量为1.25wt%时,复合材料的室温电导率为9.35×10-6 S·cm-1比Epoxy提高7个数量级。

多壁碳纳米管/有机硅改性环氧树脂复合材料的研制

以有机硅改性EP(环氧树脂)为聚合物基体、经强碱处理及硅烷偶联剂表面改性的MWCNTs(多壁碳纳米管)为功能性填料,采用原位聚合法制备了MWCNTs/有机硅改性EP复合材料。研究结果表明:经表面改性处理后的MWCNTs可在聚合物基体中良好分散,当w(MWCNTs)=0.6%(相对于有机硅改性EP质量而言)时,复合材料的拉伸强度(86.03 MPa)、弯曲强度(154.07 MPa)相对最大,并且比表面未改性的MWCNTs体系分别提高了17.12%、8.19%。

多壁碳纳米管/聚苯胺纳米纤维复合材料的制备及其吸附性能研究

为了探究掺杂后聚苯胺(PANI)吸附染料的性能,以有机酸、多壁碳纳米管(MWCNTs)为掺杂剂,过硫酸铵为氧化剂,通过原位氧化聚合法合成了多壁碳纳米管/聚苯胺(MWCNTs/PANI)纳米纤维复合材料,利用紫外-可见光分光光度计、傅里叶变换红外光谱仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜对其结构、组成及微观形貌进行表征。使用MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料和PANI对刚果红溶液进行吸附实验,发现复合材料吸附效果更优异,吸附率达到95%左右。通过吸附动力学研究复合材料的吸附机理,结果表明MWCNTs/PANI纳米纤维复合材料吸附刚果红的过程符合准二级动力学模型。

多壁碳纳米管的辐照处理及其对多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料热性能的影响

在空气中用高频高压电子加速器辐照多壁碳纳米管(MWCNTs),采用红外光谱、能谱分析、拉曼光谱和透射电镜表征分析辐照处理对碳纳米管结构的影响;通过原位复合法制备MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料。采用场发射扫描电镜、热失重分析和动态力学分析研究辐照处理MWCNTs对环氧树脂热稳定性的影响。结果表明:电子束辐照处理使MWCNTs表面接入了少量的含氧基团,同时破坏了MWCNTs的完整结构,当辐照剂量为170 kGy时,接枝含氧基团的量最多(约为4%),且结构破坏程度较小。与原始MWCNT/EP体系相比,经电子束辐照处理后的MWCNTs在EP中分散得更均匀,并能使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度较纯EP有所提高,在EP中加入质量分数0.5%的经170kGy辐照处理后的MWCNTs,能够使材料的最大热分解温度和玻璃化转变温度分别提高约14℃和8℃。

环氧接枝多壁碳纳米管改性环氧树脂复合材料的热学与耐电烧蚀性能研究

通过硅烷偶联剂将环氧链段接枝到多壁碳纳米管表面,再将其加入环氧树脂中制备了环氧接枝多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料,并对环氧树脂及其复合材料的力学、热学和耐电烧蚀性能进行了研究。结果表明:接枝环氧链段的多壁碳纳米管和树脂基体有较好的界面相容性,环氧接枝多壁碳纳米管的加入使复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了52.98%和72.86%。随着环氧接枝多壁碳纳米管质量分数的增加,复合材料的玻璃化转变温度和热导率均有所提高,在质量分数为0.8%时分别提高了11.15℃和37.57%。较低填料含量下,环氧接枝多壁碳纳米管的加入对环氧复合材料的耐电烧蚀时间影响不大,环氧接枝多壁碳纳米管质量分数为0.05%的复合材料平均耐电烧蚀时间比纯环氧树脂增加了5 s。

多壁碳纳米管-环氧树脂纳米复合材料的γ-射线固化行为

通过γ-射线辐射固化制备了多壁碳纳米管-环氧树脂复合材料。采用索氏提取法、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和差示扫描量热法(DSC)测试了多壁碳纳米管-环氧树脂复合体系的凝胶含量、转化率及热流曲线等固化动力学参数。采用扫描电子显微镜(SEM)表征了复合材料的微观组织。结果表明:通过γ-射线辐射固化的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,转化率随着多壁碳纳米管加入量的增加呈先下降,后增加的趋势。复合体系中多壁碳纳米管含量较高时易发生团聚,团聚会对复合体系的固化行为产生一定影响。

碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72 GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%。

多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

采用浇铸法制备了不同含量多壁碳纳米管(MWCNT)的MWCNT/环氧树脂(EP)复合材料。用扫描电镜观察了MWCNT/EP复合材料的微观结构,发现MWCNT均匀分散在EP中。研究了MWCNT/EP复合材料的导电逾渗行为,材料的逾渗值为0.033%。分析了复合材料的动态力学性能,结果表明MWCNT的加入提高了EP的固化交联程度和韧性,同时复合材料的玻璃化转变温度也有提高。