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

1、環(huán)氧樹脂拉擠復合材料在軍用和民用領域都得到了廣泛的應用。碳纖維／玻璃纖維同軸拉擠復合材料作為一種新型的耐高溫結構型材在電力輸送行業(yè)承擔了重要的支持高壓輸電線纜的任務。而碳納米管作為一種力學性能及其出眾的增強體受到了越來越多的重視,也漸漸成為了復合材料的一種優(yōu)秀增強體。本文采用了自行研發(fā)改進的拉擠設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合材料,該復合材料生產(chǎn)過程連續(xù),性能基本符合高壓輸電電纜支持內芯的要求。本文也通

2、過對多壁碳納米管的改性以增加其在環(huán)氧樹脂中的結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加入到拉擠復合材料中,提高了拉擠復合材料的力學性能。
　　 對于耐高溫的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)。再通過對于拉擠設備的改進和采用分段拉擠的方法使同軸拉擠復合材料的碳纖維內芯被玻璃纖維外層均勻包裹。拉擠復合材料的同

3、軸度好,纖維與樹脂的界面結合緊密,復合材料的玻璃化溫度達到了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進行反應。部分反應后的碳納米管再與硅烷偶聯(lián)劑和二氧化硅進行反應,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,透射電子顯微鏡對官能化的碳納米管進行表征,結果證明硅烷偶聯(lián)劑的基團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)劑官能團的

4、碳納米管能與環(huán)氧樹脂Epon828上的活性基團進行反應從而達到對樹脂基體的增強作用；碳納米管表面的二氧化硅顆粒也能為環(huán)氧樹脂提供增強的作用。
　　 將不同質量分數(shù)的官能化碳納米管加入到環(huán)氧樹脂Epon828澆注體中,并對其拉伸,彎曲,動態(tài)熱機械性能和斷口微觀形貌進行測試。當加入官能化碳納米管s-MWNT和s-MWNT-SiO2含量為0.5wt％時,環(huán)氧樹脂的拉伸強度分別提高了16.6％和18.8％,彎曲強度分別提高了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量分數(shù)為0.5wt％時,其在樹脂澆注體中分散最均勻,起到了應力傳遞和支持的橋聯(lián)作用。
　　 將含有不同質量分數(shù)的官能化碳納米管的環(huán)氧樹脂制備成拉擠復合材料,并對該復合材料的彎曲,剪切力學性能和微觀結構進行了觀察和測試。當官能化碳納米管的含量為0.25wt％時,s-MWNT和s-MWNT-SiO,將拉