碳纳米管/碳纤维混杂多尺度增强体研究现状

碳纳米管(CNTs)优异的力学性能使其成为复合材料的理想增强材料,将CNTs引入到碳纤维(CF)表面制备CNTs/CF纳、微米复合增强体,可同时改善复合材料的界面剪切强度和冲击强度,从而获得具有优异综合性能的复合材料。本文综述了CNTs/CF混杂多尺度增强体的制备方法及其复合材料的性能。

碳纤维多尺度增强体的研究进展

介绍了碳纳米管、石墨烯、碳纳米纤维等碳纳米材料修饰的碳纤维多尺度增强体的构筑方法(化学气相沉积法、化学接枝法、电化学沉积法、上浆剂复合法和"grafting to"法)及其对复合材料界面力学性能的影响机理。针对碳纤维多尺度增强体的优势和不足,指出需通过界面设计进一步提高碳纤维与碳纳米材料之间的作用强度,氧化石墨烯/碳纤维复合增强体及其对复合材料性能的增强机制是下一步研究的焦点,连续生产碳纤维多尺度增强体也将成为重要的发展方向。

CF-CNTs多尺度增强体的制备及CF-CNTs/环氧树脂复合材料力学性能

利用化学气相沉积(CVD)法在碳纤维(CF)表面生长碳纳米管(CNTs),制备了CF-CNTs多尺度增强体,增强体与环氧树脂(EP)结合得到CF-CNTs/EP复合材料。采用场发射扫描电镜(FESEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了不同CVD工艺参数对CF-CNTs多尺度增强体的影响,并研究了不同CVD时间对CFCNTs/EP复合材料力学性能的影响。结果表明:沉积温度为500℃、沉积时间为10min、反应压力为0.02 MPa时,制备得到的多尺度增强体性能最好。CF-CNTs多尺度增强体较未生长CNTs的碳纤维与环氧树脂的浸润性明显提高。在CVD时间为10min时,所得CF-CNTs/EP复合材料的界面剪切强度(IFSS)最大可提高90.6%,层间剪切强度(ILSS)最大可提高24.4%。同时,在制备环氧树脂复合材料过程中碳纤维的不加捻与加捻相比,其ILSS提高了11.3%。

稀土Ce接枝碳纳米管-碳纤维多尺度增强体对环氧树脂基复合材料界面性能的影响

将马来酰亚胺官能化的多壁碳纳米管(CNTs)和碳纤维(CF)混合并通过CeCl3处理,得到CNTs-CF多尺度增强体,采用FTIR、XPS、SEM对增强体的表面物理化学状态进行表征;以环氧树脂(EP)为基体,通过模压法制备CNTs-CF/EP复合材料,对其力学性能和断口形貌进行分析,探讨CNTs-CF多尺度增强体对CNTs-CF/EP复合材料界面性能的影响。结果表明:通过Ce的桥接作用,可以将改性后的CNTs化学接枝在CF表面,以同时解决CF与树脂基体间界面结合弱及CNTs不易分散的问题,有效改善了增强体与基体间的界面性能。因此CNTs-CF/EP复合材料的拉伸强度和杨氏模量较CF/EP复合材料分别提高了36.76%和71.57%;较CeCl3改性CF(RECF)/EP复合材料分别提高了24.79%和52.17%。采用稀土Ce的化学接枝法成功制备出CNTs-CF多尺度增强体,为获得高级轻质树脂基复合材料提供了一种环境友好的新方法。

加载金属催化剂在碳纤维表面生长多尺度碳纳米管增强体

用化学气相沉积法在高强度碳纤维表面生长碳纳米管(CNTs)多尺度增强体,研究了加载金属催化剂成分对CNTs生长前后碳纤维强度的影响。结果表明:在500℃金属催化剂成分对还原后催化剂颗粒的形貌和碳纤维的强度影响不大,但是对CNTs的生长速度和碳纤维表面生长CNTs多尺度增强体的强度有显著的影响。高催化效率不仅有利于碳纤维表面CNTs的高效合成,还促进碳纤维表面损伤的修复。Fe-Cu和Ni-Cu催化体系具有较高的催化效率,碳纤维表面催化生长CNTs后其拉伸强度分别提高了12.26%和12.80%。

石墨烯复合材料抗弹性能研究综述

未来战争高强度、高机动性、复杂化的作战态势对防护装备的防护效能和轻量化提出了更高的要求。石墨烯等碳纳米材料具有高硬度、高强度、高抗冲击韧性等优异性能,对于提高防护装备的防护效能和轻量化表现出极大的优势和潜力。石墨烯在树脂基复合材料中的主要存在形式包括:分散于树脂基体中;沉积于纤维表面构筑多尺度纤维增强体;以宏观多维度组装体的形式与树脂基复合材料进行复合。本文首先综述了石墨烯改性树脂基体、多尺度石墨烯/纤维增强体构筑、宏观多维度石墨烯组装体构筑等国内外研究现状。同时,对包括碳纳米管在内的碳纳米材料增强复合材料的抗高速弹丸侵彻性能进行了总结。最后,对石墨烯在纤维增强抗弹复合材料中的应用前景进行了展望。