一維納米粘土-炭改性玄武巖纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備及其性能研究.pdf

1、本論文以自然界中廣泛存在的一維納米粘土礦物為模板，纖維素為碳源，通過水熱法制備了粘土/炭納米復合材料。將粘土/炭加入到環(huán)氧樹脂基體制備了玄武巖纖維增強環(huán)氧樹脂基復合材料。探討粘土/炭納米復合材料的加入對于材料力學和導熱性能的影響。主要內(nèi)容如下:
　　(1)采用模壓工藝制備玄武巖纖維/環(huán)氧樹脂復合材料。探究模壓工藝條件如加壓時機、成型壓力、纖維體積含量對復合材料成型性和力學性能的影響。復合材料最佳加壓時機為凝膠開始45 min;成型

2、壓力和纖維體積含量影響復合材料的彎曲性能和層間剪切性能(ILSS)。成型壓力為1 MPa時復合材料的彎曲性能及ILSS最優(yōu);纖維體積含量為40％，復合材料的彎曲性能最優(yōu);纖維體積含量為30％，復合材料的ILSS性能最優(yōu)。
　　(2)以埃洛石(HNT)為模板，纖維素為碳源，水熱制備埃洛石/炭(HNT/C)納米復合材料。脫除HNT/C中的埃洛石模板，獲得非晶碳納米管(a-CNT)。研究HNT/C的種類及添加量對玄武巖纖維/環(huán)氧樹脂復合

3、材料性能的影響。研究表明，HNT/C中的HNT與表面炭層“協(xié)同作用”增強了復合材料的性能，且增強效果優(yōu)于HNT和a-CNT。復合材料的彎曲強度和彎曲模量隨HNT/C添加量的提高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。當纖維素和HNT的質(zhì)量比為1∶2時，添加HNT/C后復合材料的彎曲強度和彎曲模量分別提高19％和40％。提高HNT/C表面的炭含量，復合材料的彎曲性能提升不明顯。當纖維素和HNT的質(zhì)量比為1∶2時，添加HNT/C后復合材料的儲能模量提高17

4、％，導熱系數(shù)提高129％。HNT/C中HNT與其表面炭層之間“協(xié)同作用”促進了其在樹脂基體中的分散，從而提高了纖維和樹脂之間的界面結(jié)合并構(gòu)建了有效地傳熱網(wǎng)絡，進而增強了復合材料的力學性能和導熱性能。
　　(3)以凹凸棒石(PG)為模板，纖維素為碳源，水熱制備凹凸棒石/炭(PG/C)納米復合材料，研究PG/C的加入對復合材料力學及導熱性能的影響。研究表明，當纖維素與PG的質(zhì)量比為1∶2時，PG/C的加入對復合材料的彎曲性能及ILSS