碳纖維-玻璃纖維同軸拉擠復(fù)合材料和碳納米管增強(qiáng)拉擠復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、環(huán)氧樹脂拉擠復(fù)合材料在軍用和民用領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。碳纖維／玻璃纖維同軸拉擠復(fù)合材料作為一種新型的耐高溫結(jié)構(gòu)型材在電力輸送行業(yè)承擔(dān)了重要的支持高壓輸電線纜的任務(wù)。而碳納米管作為一種力學(xué)性能及其出眾的增強(qiáng)體受到了越來越多的重視,也漸漸成為了復(fù)合材料的一種優(yōu)秀增強(qiáng)體。本文采用了自行研發(fā)改進(jìn)的拉擠設(shè)備成功的制備出了同軸度良好,耐高溫的碳纖維／玻璃纖維同軸拉擠復(fù)合材料,該復(fù)合材料生產(chǎn)過程連續(xù),性能基本符合高壓輸電電纜支持內(nèi)芯的要求。本文也通

2、過對(duì)多壁碳納米管的改性以增加其在環(huán)氧樹脂中的結(jié)合力和均勻分散程度。并且將用硅烷偶聯(lián)劑官能化的碳納米管s-MWNT和負(fù)載了二氧化硅顆粒的官能化碳納米管s-MWNT-SiO2加入到拉擠復(fù)合材料中,提高了拉擠復(fù)合材料的力學(xué)性能。
　　 對(duì)于耐高溫的Huntsman環(huán)氧樹脂澆注體的固化工藝的研究確定了拉擠過程的主要工藝參數(shù)。再通過對(duì)于拉擠設(shè)備的改進(jìn)和采用分段拉擠的方法使同軸拉擠復(fù)合材料的碳纖維內(nèi)芯被玻璃纖維外層均勻包裹。拉擠復(fù)合材料的同

3、軸度好,纖維與樹脂的界面結(jié)合緊密,復(fù)合材料的玻璃化溫度達(dá)到了220℃。
　　 多壁碳納米管經(jīng)過濃硫酸和濃硝酸的羧酸化處理之后與硅烷偶聯(lián)劑KH550進(jìn)行反應(yīng)。部分反應(yīng)后的碳納米管再與硅烷偶聯(lián)劑和二氧化硅進(jìn)行反應(yīng),將部分二氧化硅顆粒接枝到改性后的碳納米管上。通過紅外光譜,X射線光電子能譜,熱失重分析,透射電子顯微鏡對(duì)官能化的碳納米管進(jìn)行表征,結(jié)果證明硅烷偶聯(lián)劑的基團(tuán)和部分二氧化硅顆粒分別成功的接枝在碳納米管上。具有硅烷偶聯(lián)劑官能團(tuán)的

4、碳納米管能與環(huán)氧樹脂Epon828上的活性基團(tuán)進(jìn)行反應(yīng)從而達(dá)到對(duì)樹脂基體的增強(qiáng)作用；碳納米管表面的二氧化硅顆粒也能為環(huán)氧樹脂提供增強(qiáng)的作用。
　　 將不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的官能化碳納米管加入到環(huán)氧樹脂Epon828澆注體中,并對(duì)其拉伸,彎曲,動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能和斷口微觀形貌進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)加入官能化碳納米管s-MWNT和s-MWNT-SiO2含量為0.5wt％時(shí),環(huán)氧樹脂的拉伸強(qiáng)度分別提高了16.6％和18.8％,彎曲強(qiáng)度分別提高了19.0％和

5、21.7％,彎曲模量分別提高了12.3％和14.5％。同時(shí)環(huán)氧樹脂澆注體的玻璃化溫度也有所提升。從微觀形貌分析,在官能化碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5wt％時(shí),其在樹脂澆注體中分散最均勻,起到了應(yīng)力傳遞和支持的橋聯(lián)作用。
　　 將含有不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的官能化碳納米管的環(huán)氧樹脂制備成拉擠復(fù)合材料,并對(duì)該復(fù)合材料的彎曲,剪切力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察和測(cè)試。當(dāng)官能化碳納米管的含量為0.25wt％時(shí),s-MWNT和s-MWNT-SiO,將拉