碳納米管改性碳纖維-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械性能,被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域。然而,環(huán)氧基體自身的性能不高以及碳纖維與環(huán)氧基體之間弱的界面結(jié)合限制著該復(fù)合材料的整體性能;對于層狀的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料,還存在著層間性能較差的問題。隨后,納米尺度的碳納米管(Carbon nanotubes, CNTs)因其良好的力學(xué)、電學(xué)性能等被用于碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的改性中。
　　本文從優(yōu)化CNTs在碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中的組織形態(tài)角度出發(fā),創(chuàng)

2、新性地將冷凍干燥工藝引入到不同碳纖維織物增強(qiáng)的復(fù)合材料制備中。具體地,
　　在二維碳纖維織物體系下,討論了利用冷凍干燥技術(shù)在二維碳纖維織物/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中制備連續(xù)CNTs網(wǎng)絡(luò)的可行性。表明:在二維碳纖維織物中,通過冷凍干燥技術(shù),能夠把一定量的CNTs組裝成連續(xù)、多孔的CNTs網(wǎng)絡(luò),基于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性,這些網(wǎng)絡(luò)大部分能夠被保存在復(fù)合材料中,從而顯著提高復(fù)合材料的層間導(dǎo)電性能,并影響著材料層間剪切強(qiáng)度的大小。
　　在一維碳

3、纖維織物體系下,通過選擇未經(jīng)修飾的或羥基化的CNTs、并利用干燥方法控制其在預(yù)制體中的分布形貌,系統(tǒng)地討論了具有不同組織形態(tài)和特性的CNTs對復(fù)合材料層間性能的影響。表明:相對于直接加熱得到的零散分布和團(tuán)聚體并存的CNTs組織形態(tài),冷凍干燥制得的CNTs網(wǎng)絡(luò)顯著提高了復(fù)合材料的層間電導(dǎo)率;羥基化CNTs網(wǎng)絡(luò)使得相應(yīng)的復(fù)合材料獲得了最高的電導(dǎo)率值;未經(jīng)修飾的CNTs網(wǎng)絡(luò)有利于復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度的提高,但羥基化CNTs網(wǎng)絡(luò)在提高材料彎曲強(qiáng)

4、度和模量的同時(shí),降低了材料的層間剪切強(qiáng)度。此外,對由冷凍干燥制得的連續(xù)CNTs網(wǎng)絡(luò)的形成機(jī)理也進(jìn)行了研究,其機(jī)理可被描述成“限域條件下的冷凍干燥”。
　　在三維碳纖維織物體系下,研究了不同的干燥方法在CNTs改性的三維碳?xì)?環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備過程中的效果。表明:相對于目前普遍采用的直接加熱干燥方法,冷凍干燥的采用有利于保持三維碳?xì)值脑冀Y(jié)構(gòu)而不產(chǎn)生開裂、有利于改善CNTs在織物中的分散效果,從而顯著提高了復(fù)合材料的電導(dǎo)率及其彎曲