多壁碳纳米管环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究

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1、多壁碳纳米管／环氧树脂复合材料的制备及其力学性能研究摘要碳纳米管具有优异的力学性能，独特的微观结构，极大的长径比和比表面积，有望成为先进复合材料的理想增强体。本实验采用模具浇铸法，通过对多壁碳纳米管表面改性，制各了碳纳米管／环氧树脂复合材料，实现了碳纳米管在树脂中的均匀分散。使用TEM、sEM、HRsEM和万能材料拉伸机等仪器对材料的结构和性能进行了测试和表征，并分析了微观结构与性能之间的关系。结果表明：(1)对碳纳米管按一定配比进行先稀硝酸纯化再浓硫酸和浓硝酸氧化，能够得到纯度高的碳纳米管，在管壁和顶端修饰上许多

2、极性官能团，提高了碳纳米管在环氧树脂中的分散性和溶解度，为进一步制作碳纳米管复合材料打下基础。(2)采用混酸氧化一高能超声工艺可以实现碳纳米管在树脂中的均匀分散，添加量可以达到10％以上：对复合材料的力学性能测试分析表明，碳纳米管的添加能对环氧树脂起到既增强又增韧的作用。随着添加量的增加(从2．5％到8％)，复合材料的拉伸强度和断裂伸长率呈增加的趋势，弹性模量则明显降低。当碳纳米管的添加量达到8％时，复合材料的综合性能最好，拉伸强度、断裂伸长率分别提高13％和127％。根据对复合材料断裂面的分析，初步探讨了碳纳米管

3、增强增韧的机理。(3)不同类型的碳纳米管在相同的氧化条件和相同的添加量下对复合材料力学性能产生不同的影响。说明对碳纳米管进行氧化处理时，氧化剂的配比和氧化时间十分关键。关键词：多壁碳纳米管，环氧树腊，纳米复合材料，力学性能，增韧II北京化工大学硕士论文PREPARATIoNANDPERFoRMANCEoFMUIJTIWALLEDCNl’s，EPoXYCoMPoSITESABSTRACTCaronnano劬es(CNTs)eXhmita11excellemmechallicalproperties：thesuperh

4、ightensilestrength，toughnessalldYouIlg’smodulus，andauniquemicrostmcture：highspecificsurfaceareaalldhi曲aspectratio，Whichcanbeconsideredasanidealreinforcementadditiveforadvallcedcomposites．In“spaper’muhiwalledcarbonnanatubes(MWCNTs)／epoxyres协compositeswimdin’cre

5、ntMwCNTScontemshavebeenpreparedbycaStmoldingmethod．TheMWCNTswerefirsUysurfacefunctionalizedinmiXedacids(1：3concentrationHN03／H2s04)and廿：Iendispersedbyhi曲powersonication．Themechallicalpr叩ertiesafldtherelationshipbet、veen111icmstmctureandpropertiesofthecomposite

6、swereinvestigatedbyTEM、SEM、HRSEMandtensiletestingmachine．Iheresultsindicatedthat：(1)MwcNTswerepurifledbydilutenitricacidfirst，aJldthenchemicallymodifiedbya3：lmixtureofconcentratedmixtureofsul斯acid／ni订icacid．Ala耀e锄ountofpol耐哆nmctionalgroupsweregeneratedonthesur

7、faceofMWCNTs，W圭lichcouldleadtoallimprovementofmeMWCNTs／印oxyresininterf犯ialinteractiona11daIlincreaseofthesolubilityandcompatibil时ofMWCNTswithmema订ix．(2)ThetensilestrengmandtoughnessofthecompositeswereIII北京化j二人学硕士论文dramaticallyimproved谢mtheadditi彻ofMWCNTS疗om2．5

8、％to8％．Thetensilestren舀handtheelongationatbreakwereincreasedbuttheelasticmoduluswasobViouslyreduced谢tllmei11creasingofMWCNTsloadin晷Thecompositeswith8．O叭％MWCNTscomemhasmuchhi曲erValue