MWNTs在环氧树脂中电场取向扭转数值模拟.pdf

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1、50期工程塑料应用Vo1．41．NO10ENGINEERINGPLASTICSAPPLICATIONOct．2013doi：lO．3969~．issn．1001—3539．2013．10．012MWNTs在环氧树脂中电场取向扭转数值模拟徐井利，王丹勇，陈以蔚，张春杰，李树虎，秦贞明，魏化震，王荣惠，周冲(中国兵器工业集团第五三研究所，济南250031)摘要：使用三维电磁有限元分析技术，建立了便于工程实际应用的多壁碳纳米管(MWNTs)在树脂中电场取向扭转分析数值模拟方法。该方法利用连续体等效体理论，建立了MWNTs等

2、效实体分析模型，模型考虑了MWNTs线状圆柱及非线状圆弧两种不同材料结构特征，理论计算与模拟结果吻合较好。该方法可为电场取向碳纳米管增强树脂复合材料工艺制备参数的优化设计提供理论依据。关键词：多壁碳纳米管；电场；取向；数值模拟中图分类号：TQ323．5文献标识码：A文章编号：1001．3539(2013)10．0050．06NumericalSimulationofElectricFieldOrientationTorqueofMWNTsinEpoxyResinXuJingli，WangDanyong，ChenYiw

3、ei，ZhangChunjie，LiShuhu，QinZhenming，WeiHuazhen，WangRonghui，ZhouChong(Institute53ofCNGC，Jinan25003I，China)Abstract：Thenumericalsimulationmethodoftheorientationtorqueanalysisofmulti—walledcarbonnanotubes(MWNTs)undertheelectricfieldintheresinwasestablishedtofacili

4、tatethepracticalapplicationofengineering，whichusedthethree—dimensionalelectromagneticfiniteelementanalysistechniques．Thecontinuumequivalenttheorywasutilizedinthemethodtoestablishanequivalententityanalysismodel，consideringthelinearcylindricalandnon—lineararcMWNT

5、s．Thesimulationresultsareingoodagreementwiththetheoreticalcalculation．Thismethodcontributestoprovideatheoreticalbasisoftheoptimaldesignofprocessparametersoffabricatingtheorientedcarbonnanotubesreinforcedresincomposites．Keywords：muti—walledcarbonnanotubes；electr

6、icfield；orientation；numericalsimulation碳纳米管(CNTs)较其它纳米粒子具有更大曲而成的结构，其在电场作用下受力较SWNTs复的长径比，这种圆柱状的碳层结构使其具有非常高杂，对其在电场作用下的理论研究报道相对较少。的力学强度，优异的电学性能，良好的导热能力等。笔者使用三维电磁有限元分析技术，建立便于CNTs这些优异的综合性能可作为填料与聚合物进工程实际应用的两种不同形状MWNTs在树脂中电行复合从而提高材料性能。因此，CNTs在复合材场取向扭转分析数值模拟方法，为电场取向CNT

7、s料”、电子器件、化学传感器、生物医学等领增强树脂复合材料工艺制备参数的优化设计提供理域中具有良好的应用前景。然而，填充CNTs的聚论依据。合物基复合材料的最终性能强烈依赖CNTs的取1环氧树脂中电场取向MWNTs扭矩计算向、分散以及界面结合能力等。1．1圆柱状MWNTs扭矩计算近些年的研究表明，虽然CNTs在聚合物中难CNTs在介质中受到外界电场作用所产生的取于分散，但可利用电场[5-7]、磁场以及流体场等向势能口印为：手段对CNTs进行取向。这些方法可应用于含有定(=一吉P·Er1、向CNTs的薄膜材料或块状复合

8、材料。研究发现材式中：——诱导偶极矩矢量，C·m；料性能表现出明显的各向异性。相较于其它取向——电场强度矢量[2，V／m；方法，电场取向的优势在于其可实现性强且易于对一CNTs与电场之间夹角，rad。CNTs的定向性进行控制。应用电场取向CNTs的一P：47[(一)Ecos0(2)理论和实验已有诸多报道『1】。但目前相关取向理论研究多针对单壁碳