CF_EP复合材料界面引入碳纳米管提高其力学性能的研究

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1、硕士学位论文CF/EP复合材料界面引入碳纳米管提高其力学性能的研究INVESTIGATIONINIMPROVEMENTONINTERFACIALPROPERTIESOFCF/EPCOMPOSITETHROUGHINTRODUCINGCNTSTOTHEINTERPHASE王杰哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG151学校代码：10213国际图书分类号：621.785密级：公开工学硕士学位论文CF/EP复合材料界面引入碳纳米管提高其力学性能的研究硕士研究生：王杰导师：刘文博教授申请学位：工学硕士学科：材料学

2、所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG405U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringINVESTIGATIONINIMPROVEMENTONINTERFACIALPROPERTIESOFCF/EPCOMPOSITETHROUGHINTRODUCINGCNTSTOTHEINTERPHASECandidate：WangJieSupervisor：Prof.LiuWenBo

3、AcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialScienceAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要碳纤维/环氧树脂（CF/EP）复合材料凭借优异的力学强度以及良好的加工性能，而成为碳纤维增强塑料复合材料中应用最

4、广泛的一种，其应用的领域包括航空航天，土木建筑，体育运动等。然而，碳纤维显脆性，在生产和加工的过程中纤维受摩擦力作用很容易出现起毛和单丝断裂。故在工业化生产碳纤维过程中，通常都需对碳纤维进行上浆处理，上浆剂薄膜能保护纤维以及增加纤维与树脂之间的渗透。此外，碳纤维表面的惰性导致纤维与树脂之间的结合力较弱。而碳纳米（CNT）具有低密度且优异的力学性能已成为一种用于碳纤维树脂基复合材料层间增强的非常重要的材料。但是，碳纳米管巨大的比表面积使它们之间存在很强的范德华力，这导致了碳纳米管严重的团聚，这严重地阻碍了它用于改善复

5、合材料界面强度时力学性能的发挥。在本文中，我们通过大量对比与验证性试验，最终选用了聚乙烯亚胺作为与碳纳米管反应的胺类，成功地制备了胺化碳纳米管，其表面氮元素含量高达8.05%。这种胺化碳纳米管通过超声的作用能在N-甲基吡咯烷酮溶剂中以及环氧树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液中具有很好的分散性，这可以从侧面通过观察制备的纤维表面吸附碳纳米管的形态来推断出。含胺化碳纳米管的环氧树脂/N-甲基吡咯烷酮溶液就是上浆剂，它巧妙地将环氧树脂上浆剂和碳纳米管结合在一起。特别值得一提的是，含胺化碳纳米管上浆剂的制备工艺简单，且只通过上浆处

6、理就可以实现批量连续生产CNT/CF碳纤维。与未上浆CCF700碳纤维相比，上浆CCF700碳纤维与环氧体系的接触角减少了11.74°，并且上浆CCF700碳纤维的表面粗糙度提高了114.5%，这些因素共同导致了上浆CCF700碳纤维复合材料的界面剪切强度有了77.01%的提高。关键词：碳纤维；碳纳米管；环氧树脂；上浆剂I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractCarbonfiber/epoxy(CF/EP)compositeisoneofthemostusedcompositeincarbonfiberre

7、inforcedplastic(CFRP)andithasbeenwidelyusedinvariousfieldsbyvirtueofexcellentmechanicalpropertiesandgoodprocessability,includingaerospace,civilengineering,sportsgoodsandsoon.However,carbonfibersareverybrittle,bristlesandbreakageofmonofilamentareeasilygenerated

8、undertheactionoffrictionalforceduringtheproducingandprocessing.Thus,carbonfibersalwaysaresizedduringindustrialproductionbecausethecoatingofsizingagentcannotonlyprotectCFsfromdamagi