納米粘土-炭改性碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本文以天然粘土埃洛石和蒙脫石為模板,殼聚糖為碳源,水熱制備粘土/炭復(fù)合材料。將粘土/炭添加于碳纖維增強環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料中,探討粘土/炭的添加對碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能、動態(tài)熱機械性能和導(dǎo)熱性能的影響。主要內(nèi)容如下:
　　(1)埃洛石為模板,殼聚糖為碳源,調(diào)節(jié)二者質(zhì)量比水熱制備埃洛石/炭(HNT/C)納米復(fù)合材料。以埃洛石/炭為添加劑,通過熱壓工藝制備含埃洛石/炭的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn):殼聚糖發(fā)生水熱炭化反應(yīng)

2、,埃洛石表面均勻沉積炭,炭層厚度為10-30nm,且埃洛石/炭中含有-CH、C=C、C=O和-NH等有機官能團。當(dāng)殼聚糖和埃洛石的質(zhì)量比為1∶2時,相對于不含添加劑,添加埃洛石/炭復(fù)合材料的彎曲強度和彎曲模量分別提高了19.2％和31.6％,儲能模量和導(dǎo)熱系數(shù)也分別提高了20.4％和113％,增強效果明顯優(yōu)于埃洛石和水熱炭。這是由于埃洛石和表面炭層的“協(xié)同效應(yīng)”促進了埃洛石/炭在環(huán)氧樹脂中的分散,增大了HNT/C和環(huán)氧樹脂間的接觸面積;

3、埃洛石/炭表面的氨基也能與環(huán)氧樹脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng),增強埃洛石/炭和環(huán)氧樹脂間的界面結(jié)合,從而促進應(yīng)力和熱量的傳遞。進一步提高埃洛石/炭表面的碳含量,埃洛石/炭在環(huán)氧樹脂中趨于團聚,復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)熱性能有所降低。
　　(2)以蒙脫石為模板,殼聚糖為碳源,水熱制備蒙脫石/炭(MMT/C)納米復(fù)合材料。蒙脫石/炭中負(fù)載一定量的炭,并含有豐富的-CH、C=C、C=O和-HN等有機官能團。殼聚糖和蒙脫石的質(zhì)量比為1∶2時,相對于不含添

4、加劑,添加蒙脫石/炭復(fù)合材料的彎曲強度和彎曲模量分別提高了12.4％和17.1％,增強效果明顯優(yōu)于蒙脫石原礦。蒙脫石和表面炭的“協(xié)同效應(yīng)”促進了蒙脫石/炭在環(huán)氧樹脂中的分散,增大了MMT/C和環(huán)氧樹脂間的接觸面積。此外,蒙脫石/炭中的氨基官能團與環(huán)氧樹脂通過發(fā)生化學(xué)反應(yīng),增強蒙脫石/炭和環(huán)氧樹脂間的界面結(jié)合,促進載荷和熱量在蒙脫石/炭和環(huán)氧樹脂間的傳遞。
　　(3)同時添加埃洛石/炭和蒙脫石/炭至環(huán)氧樹脂中,一維結(jié)構(gòu)的HNT/C連

5、接相鄰二維結(jié)構(gòu)的MMT/C,阻止了MMT/C之間的相互堆疊;而且,片狀的MMT/C隔離相鄰的HNT/C,抑制了HNT/C的二次團聚。因此,HNT/C和MMT/C更易在環(huán)氧樹脂中形成HNT/C-MMT/C三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高兩者在環(huán)氧樹脂中的分散性,增大兩者與環(huán)氧樹脂的接觸面積,促進載荷、熱應(yīng)力和熱量在添加劑和環(huán)氧樹脂間的傳遞。當(dāng)HNT/C和MMT/C質(zhì)量比為4∶1時,相對于不含添加劑,復(fù)合材料的彎曲強度和彎曲模量分別提高了25.9％和35