（材料學(xué)專業(yè)論文）碳納米管環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 摘要 碳納米管具有獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu) 極大的長徑比和比表面積 優(yōu)異 的力學(xué)性能與導(dǎo)電性能 與聚合物復(fù)合可開發(fā)出許多新型復(fù)合材料 本文以環(huán)氧樹脂為基體 碳納米管為增強(qiáng)體 用真空澆鑄法制備 了碳納米管 環(huán)氧樹脂納米復(fù)合材料 研究碳納米管添加量 分散方 式 表面活性劑添加以及碳納米管鍍銀處理對(duì)制備碳納米管 環(huán)氧樹 脂納米復(fù)合材料的力學(xué)性能及電學(xué)性能的影響 用電化學(xué)測(cè)試儀和電 子萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)等儀器對(duì)材料的性能進(jìn)行了測(cè)試 用t e m s e m 等對(duì)復(fù) 合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征 結(jié)果表明 1 采用超聲波分散及真空澆鑄成型法制備碳納米管 環(huán)氧樹脂復(fù)合 材料具有較好的力學(xué)性能和電學(xué)性能 2 適量碳納米管的加入有效提高環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)和電學(xué) 性能 體系出現(xiàn)兩個(gè)滲流閥值 分別在碳納米管含量約為0 3 w t 和1 1 w t 時(shí) 3 當(dāng)碳納米管含量為0 7 5 w t 時(shí) 復(fù)合材料的力學(xué)性能最佳 復(fù) 合材料的拉伸強(qiáng)度 拉伸模量 斷裂伸長率分別提高了1 8 3 2 0 5 和9 2 8 4 對(duì)碳納米管用表面活性劑進(jìn)行處理后 能更好地提高碳納米管在 復(fù)合材料中的分散性 從而提高復(fù)合材料的力學(xué)和電學(xué)性能 體 系出現(xiàn)兩個(gè)滲流閥值 分別是表面活性劑的含量約為碳納米管含 量的0 5 倍和3 倍時(shí) 當(dāng)表面活性劑的添加量是碳納米管的3 倍 時(shí) 復(fù)合材料的力學(xué)性能最好 相對(duì)于添加未表面處理的碳納米 管制備的復(fù)合材料 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度 拉伸模量 斷裂伸長 率分別提高了2 1 6 6 2 6 8 6 和4 1 0 5 5 增塑劑能使復(fù)合材料的力學(xué)性能下降 隨著增塑劑含量的增加 復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量都逐漸下降 斷裂伸長率逐漸增 加 合適含量的增塑劑能有效提高復(fù)合材料的電性能 體系中的 兩個(gè)滲流閥值為增塑劑含量約為2 5 w t 和7 w t 時(shí) 6 比較不同方法制備銀粉改性的碳納米管 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料 結(jié)果 表明銀粉的加入能提高復(fù)合材料的綜合性能 尤其是化學(xué)鍍銀方 法能使銀粉更均勻包覆在碳納米管上 提高了碳納米管的分散性 以及復(fù)合材料的綜合性能 體系的兩個(gè)滲流閥值分別出現(xiàn)在銀粉 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要 的含量約為1 7 5 w t 和3 0 w t 時(shí) 當(dāng)銀粉的添加量為2 5 w t 時(shí) 復(fù)合材料的力學(xué)性能最好 相對(duì)于只添加碳納米管而言 復(fù)合材 料的拉伸強(qiáng)度 拉伸模量 斷裂伸長率分別提高了3 5 1 l 3 6 2 1 和1 9 9 5 關(guān)鍵詞 碳納米管 環(huán)氧樹脂 復(fù)合材料 力學(xué)性能 電學(xué)性能 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t c a r b o nn a n o t u b e sh a v eau n i q u em i c r o s t r u c t u r e v e r yh i g ha s p e c t r a t i oa n ds p e c i f i cs u r f a c e a r e a e x c e l l e n t m e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d e l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y c a r b o n n a n o t u b e sa r ec o n s i d e r e da si d e a l r e i n f o r c e m e n tf o rt h en o v e lc o m p o s i t e sw i t hp o l y m e r i nt h i s p a p e r c a r b o nn a n o t u b e s e p o x i d e r e s i n c o m p o s i t e sw e r e p r e p a r e db yu l t r a s o n i cd i s p e r s i o na n dv a c u u mc a s t i n gw i t hc a r b o n n a n o t u b e sa sr e i n f o r c e m e n t sa n de p o x ya sm a t r i x t h ee f f e c t so fc a r b o n n a n o t u b e s c o n t e n ta n ds u r f a c t a n tc o n t e n to nm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a l p r o p e r t i e s o fc a r b o n n a n o t u b e s e p o x yc o m p o s i t e s w e r es t u d i e d t o i m p r o v et h ep r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e s s i l v e rw e r ec o a t e do nc n t sb y d i f f e r e n tm e t h o d s t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e n m i c r o s t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e sw e r ei n v e s t i g a t e db y t e m s e m e l e c t r o c h e m i c a ls t a t i o n a n de l e c t r o n i ct e n s i l e t e s t i n g m a c h i n e a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c hr e s u l t s t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r e o b t a i n e d 1 c a r b o n n a n o t u b e s e p o x i d e r e s i n c o m p o s i t e s w e r ep r e p a r e d b y u l t r a s o n i cd i s p e r s i o na n dv a c u u mc a s t i n g t h ep r o p e r t i e so fc a r b o n n a n o t u b e s e p o x yc o m p o s i t e su s i n gt h i sm e t h o dc a nb ei m p r o v e d o b v i o u s l y 2 p r o p e rc a r b o n n a n o t u b e sc o n t e n tc a l l i m p r o v et h ep r o p e r t i e s o f c o m p o s i t e se f f e c t i v e l y t h ep e r c o l a t i o nt h r e s h o l dv a l u e sf o re l e c t r i c a l c h a r a c t e r i s t i ct r a n s f o r m a t i o nc a nb er e s u l t e dw h e nc n t sc o n t e n tw e r e a b o u t0 3 w t a n d1 1 w t 3 w h e nt h ec o n t e n to fc a r b o nn a n o t u b e sw a so 7 5 叭 t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fc o m p o s i t e sw a st h eb e s t t h et e n s i l es t r e n g t h t e n s i l e m o d u l u sa n dr a t i oo fe l o n g a t i o no fc o m p o s i t e si n c r e a s e18 3 2 0 5 a n d9 2 8 r e s p e c t i v e l y 4 c a r b o nn a n o t u b e st r e a t i n gb ys u r f a c t a n tc a ni m p r o v et h ed i s p e r s i o no f c a r b o nn a n o t u b e si nt h ec o m p o s i t e s a n dt h e ne n c h a n c et h em e c h a n i c a l a n de l e c t r i c a lp r o p e r t i e so fc o m p o s i t e s t h ep e r c o l a t i o nt h r e s h o l d 1 1 1 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t v a l u e sf o re l e c t r i c a lc h a r a c t e r i s t i ct r a n s f o r m a t i o nc a nb ed e f i n e dw h e n t h es u r f a c t a n tw e r ea b o u t0 5t i m e sa n d3t i m e so fc n t s e nt h e c o n t e n to fs u r f a c t a n ti s3t i m e so fc a r b o nn a n o t u b e t h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fc o m p o s i t e sw a st h eb e s t t h et e n s i l es t r e n g t h t e n s i l e m o d u l u sa n dr a t i oo f e l o n g a t i o n o f c o m p o s i t e s i n c r e a s e 21 6 6 2 6 8 6 a n d4 1 0 5 r e s p e c t i v e l y 5 p l a s t i c i z e r sw o u l dd e c r e a s et h em e c h a n i c a lo fc o m p o s i t e s w i t ht h e p l a s t i c i z e r si n c r e a s e t h et e n s i l es t r e n g t ha n dt e n s i l em o d u l u so f c o m p o s i t e sd r o p p e d t h er a t i oo fe l o n g a t i o no fc o m p o s i t e si n c r e a s e d g r a d u a l l y p r o p e rc o n t e n to fp l a s t i c i z e r sc a ne f f e c t i v e l yi m p r o v et h e c o n d u c t i v i t yo fc o m p o s i t e s w h e nt h ec o n t e n to fp l a s t i c i z e rw e r ea b o u t 2 5 w t a n d7 w t t h ep e r c o l a t i o nt h r e s h o l dv a l u e sc a nb er e s u l t e d 6 t oi n c r e a s et h ep r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e s s i l v e rw e r ec o a t e do nt h e c n t sb yd i f f e r e n tm e t h o d s i tc a nb ef o u n dt h a t c o v e r i n gs i l v e rt o c n t sc a ne n h a n c ep r o p e r t i e so fc o m p o s i t e s e s p e c i a l l y s i l v e rc a nb e d i s p e r s e dm o r eu n i f o r m l yo v e rt h ec n t sb yc h e m i c a lt r e a t e n t a n d r e s u l t i n gb e t t e rp r o p e r t i e so ft h ec o m p o s i t e s t h ep e r c o l a t i o nt h r e s h o l d v a l u e sf o re l e c t r i c a lc h a r a c t e r i s t i ct r a n s f o r m a t i o nc a nb ep r o d u c e d w h e nt h es i l v e r c o n t e n tw e r ea b o u t17 5 w t a n d3 0 w t r e s p e c t i v e l y w h e ns i l v e rc o n t e n ti s2 5 w t t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s o fc o m p o s i t e sw a st h eb e s t t h et e n s i l es t r e n g t h t e n s i l em o d u l u sa n d r a t i oo fe l o n g a t i o no fc o m p o s i t e si n c r e a s e d3 5 1 l 3 6 2l a n d l9 9 5 r e s p e c t i v e l y k e y w o r d s c a r b o nn a n o t u b e e p o x i d er e s i n c o m p o s i t e s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e s e l e c t r i c a lp r o p e r t i e s i v 原創(chuàng)性聲明 本人聲明 所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得的研究成果 盡我所知 除了論文中特別加以標(biāo)注和致謝 的地方外 論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果 也不 包含為獲得中南大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書而使用過的材料p 二與我 共同工作的同志對(duì)本研究所作的貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明 作者簽名 絲 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人了解中南大學(xué)有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 即 學(xué)校 有權(quán)保留學(xué)位論文并根據(jù)國家或湖南省有關(guān)部門規(guī)定送交學(xué)位論文 允許學(xué)位論文被查閱和借閱 學(xué)?？梢怨紝W(xué)位論文的全部或部分內(nèi) 容 可以采用復(fù)印 縮印或其它手段保存學(xué)位論文 同時(shí)授權(quán)中國科 學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到 中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù) 作者簽名 遜導(dǎo)師日期 至竺墨年 臼坐 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 1 1 前言 第一章文獻(xiàn)綜述 納米材料是指粒子平均粒徑在l o o n m 以下的材料 由于納米材料尺寸極小 表面積特大 其表面無序排列的原子分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非納米尺度材料表面原子所占 的百分?jǐn)?shù) 導(dǎo)致了納米材料具有傳統(tǒng)材料所不具備的許多特殊的基本性質(zhì) 如體 積效應(yīng) 表面效應(yīng) 高表面活性等 因此納米材料既是一種多組分物質(zhì)的分散體 系 又是 種新型材料 近年來 將納米材料分散于聚合物中以提高高分子材料 性能的研究日益活躍 并取得了許多可觀的成果 納米復(fù)合材料是以樹脂 橡膠 陶瓷和金屬等基體為連續(xù)相 以納米尺寸的 金屬 半導(dǎo)體 剛性粒子和其他無機(jī)粒子 纖維 碳納米管等改性劑為分散相 通過適當(dāng)?shù)闹苽浞椒▽⒏男詣┚鶆虻胤稚⒂诨w材料中 形成一種含有納米尺度 添加材料的復(fù)合體系 這一體系材料稱之為納米復(fù)合材料 由于分散相的納米小 尺寸效應(yīng) 大的比表面積和強(qiáng)界面結(jié)合效應(yīng)等特性 使納米復(fù)合材料具有一般工 程材料所不具備的優(yōu)異性能 納米聚合物復(fù)合材料中的納米單元不僅自身具有特 異的表面和體相結(jié)構(gòu) 而且其聚集結(jié)構(gòu)之間的相互作用 以及它與高分子基體間 的相互作用都具有特異性 這使得聚合物復(fù)合體系呈現(xiàn)出許多特殊性能 其結(jié)構(gòu) 和性能關(guān)系的研究已成為當(dāng)前聚合物材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一 與傳統(tǒng)的聚合物 復(fù)合材料相比 納米聚合物復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能 阻隔性能 熱穩(wěn)定性 電性能及良好的加工性 納米聚合物復(fù)合材料還具有各向異性的特點(diǎn) 因此 納 米聚合物復(fù)合材料是一種全新的高新技術(shù)材料 具有極其廣闊的應(yīng)用前景和光明 的商業(yè)開發(fā)價(jià)值 也是2 l 世紀(jì)最富有發(fā)展前景的新材料之一 最早應(yīng)用的納米聚合物復(fù)合材料是尼龍 黏土納米復(fù)合材料 它用于豐田車 內(nèi)部件 但很快由于成本原因放棄了 通用汽車公司在2 0 0 2 年的新車上采用了 聚丙烯 黏土納米復(fù)合材料制備的腳踏板 這項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新獲得了國際塑料工程師 協(xié)會(huì)的大獎(jiǎng) 它標(biāo)志著經(jīng)過十幾年的研究與開發(fā) 聚合物納米復(fù)合材料開始進(jìn)入 了大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的階段1 1 j 自從1 9 9 1 年發(fā)現(xiàn)了碳納米管1 2 由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu) 卓越的性能 理論上 人們認(rèn)識(shí)到它是一種理想的增強(qiáng)纖維 聚合物 碳納米管復(fù)合材料日益引起關(guān)注 成為聚合物納米復(fù)合材料科學(xué)研究中的一個(gè)熱點(diǎn) 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 1 2 碳納米管的研究及應(yīng)用 1 2 1 碳納米管簡介 1 9 9 1 年日本n e c 公司的飯島博士在氬氣直流電弧放電后的陰極碳棒上發(fā)現(xiàn) 一種由碳原子構(gòu)成的直徑幾納米 長微米的中空管 即納米碳管 c n t s 后來 t h o m a s 給碳納米管 c n t s 定義為 由單層或多層石墨片卷曲而成的無縫納米 管 3 1 碳納米管結(jié)構(gòu)如圖l 一1 圖1 1 碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖 c n t s 具有一層或多層石墨卷繞而成的中空筒形結(jié)構(gòu) 與金剛石的每個(gè)碳原 子都與另外四個(gè)碳原子鍵合的三維立方體結(jié)構(gòu)不同 石墨是六邊形碳原子環(huán)構(gòu)成 的二維片狀晶體 其中每個(gè)碳原子與另外三個(gè)碳原子鍵合 碳納米管是典型的富 勒烯 基結(jié)構(gòu)與球烯和石墨類似 為s p 2 雜化的碳構(gòu)成的彎曲晶面 最短的碳一 碳鍵長0 1 4 2 n m 碳納米管的長徑比約為1 0 0 一1 0 0 0 理論計(jì)算表明 c n t s 的能 量略高于c 6 0 穩(wěn)定性與石墨相似 套管間結(jié)合能約為石墨層間結(jié)合能的8 0 4 6 1 c n t s 分為單壁碳納米管 s w n t s 和多壁碳納米管 m w n t s 兩類 其 結(jié)構(gòu)如圖l 一2 單壁碳納米管是由單層石墨卷繞而成 是結(jié)構(gòu)完美的單分子材 料 多壁碳納米管是由多層同心石墨卷繞而成 也可以看作由同軸心的單壁碳納 米管構(gòu)成 他們之間以范德華力結(jié)合 由于層間的相互作用力較弱 碳納米管各 層可沿軸向相互平滑的滑動(dòng) 并可繞z 軸旋轉(zhuǎn) s w c n t s 的直徑多數(shù)集中分布 在0 8 2 n m 附近 m w c n t s 的直徑多在4 n m 以上 有的甚至達(dá)數(shù)十納米 各 層之間的距離為0 3 4 n m 此外由于范德華力和大的長徑比 碳納米管經(jīng)常會(huì)團(tuán) 聚成束 幾個(gè)到幾百個(gè)s w c n t s 或m w c n t s 緊密堆積成二維的晶格 在晶束內(nèi) 部 相鄰的管之間的作用力也是范德華力 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 a a 多層碳納米管b 單層碳納米管 圖1 2 納米碳管結(jié)構(gòu)圖 b 碳納米管是管徑尺寸只有納米大小 管長達(dá)幾個(gè)微米 單層管壁或多層管壁 嵌套的管狀納米級(jí)石墨晶體 石墨碳原子中的4 個(gè)價(jià)電子只有3 個(gè)成鍵 形成六邊 形的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 這種排列使石墨中的每個(gè)碳原子有一個(gè)未成對(duì)電子 這個(gè)未 成對(duì)電子圍繞著碳環(huán)平面高速運(yùn)轉(zhuǎn) 因而石墨具有較好的導(dǎo)電性 但在石墨的邊 緣 每個(gè)碳原子中的未成對(duì)電子一直內(nèi)外伸展去尋找未成鍵的原子 如果將石墨 加熱至u 1 2 0 0 以上 環(huán)就會(huì)開始重新排列 使得單層或多層石墨片圍繞中心軸按 一定的螺旋角卷曲而形成了無縫納米級(jí)管 通俗地講 碳納米管主要由呈六邊形 排列的碳原子構(gòu)成數(shù)層到數(shù)十層的同軸圓管 層與層之間保持固定的距離 約 0 3 4 n m 直徑一般為2 3 n m 碳納米管并不像人們想象的那樣筆直的 局部也會(huì) 出現(xiàn)凹凸現(xiàn)象 這多由于碳環(huán)重排時(shí)出現(xiàn)的五邊形和七邊形所致f 7 一m j 理想的多層碳納米管可以看成是多個(gè)直徑不等的單展管同軸套構(gòu)而成 其層 數(shù)可以從二層到幾十層 其外徑 般為幾個(gè)至幾十個(gè)納米 內(nèi)徑o 5 至幾個(gè)納米 長度為幾個(gè)至幾十個(gè)微米 甚至幾個(gè)毫米 多層碳納米管的層間距為0 3 4 n m 比石墨的層間距要大 因而多層碳納米管的層問相互作用較石墨的要弱 與此同 時(shí) 層與層之間設(shè)有相對(duì)固定的位置 也就是說 石墨層間的a b 或a b c 排列方 式在多層碳納米管中被破壞了 使得多層碳納米管的結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜1 4 列 1 2 2 碳納米管的性能 1 力學(xué)性能 鼴胃 凰一 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 碳納米管的基本網(wǎng)絡(luò)和石墨烯一樣 是自然界最強(qiáng)的價(jià)鍵之一 s p 2 雜化形 成的碳一碳共價(jià)鍵組成 理論證明碳納米管具有極高的強(qiáng)度和極大的韌性 單層 碳納米管 管壁石墨面上短 o 1 4 n m 而強(qiáng)的碳一碳鍵阻礙了不純物及缺陷的介 入 使碳納米管具有極好的抗拉力 碳納米管的抗拉強(qiáng)度達(dá)到5 0 2 0 0 g p a 是 鋼的1 0 0 倍 密度卻只有鋼鐵的1 6 多壁碳納米管的楊氏模量平均值為1 8 t p a 彎曲強(qiáng)度為1 4 2 g p a 碳納米管有很小的直徑和相當(dāng)大的長度 導(dǎo)致了其巨大的長徑比 1 0 0 1 0 0 0 另外碳納米管的長度可以達(dá)到o 1 n m 而且不存在限制其長度生長的阻 礙因素 碳納米管的強(qiáng)碳一碳鍵的無缺陷筒型排布 可能導(dǎo)致其具有獨(dú)特的強(qiáng)度 所以碳納米管對(duì)六元環(huán)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的力有很強(qiáng)的抵抗能力 同時(shí) 對(duì)于六元環(huán)網(wǎng)絡(luò)外 的外力 會(huì)有相當(dāng)?shù)囊缽男?這可賦予碳納米管兩類應(yīng)用前景 作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料的增強(qiáng)體和作為納米裝置中的探針和傳感器 l 卜1 6 l 2 電學(xué)性能 碳納米管由石墨面卷曲而成 4 個(gè)價(jià)電子中3 個(gè)形成共價(jià)鍵 每個(gè)碳貢獻(xiàn)一 個(gè)電子形成金屬鍵性質(zhì)的離域鍵 因此 圓柱形碳納米管軸向具有良好的導(dǎo)電性 對(duì)于螺旋形 線圈形 魚骨形碳納米管 當(dāng)層面發(fā)生彎曲或不連續(xù)時(shí) 導(dǎo)電性中 斷 碳納米管有導(dǎo)體和半導(dǎo)體兩類 碳納米管的導(dǎo)電性與其直徑和結(jié)構(gòu)有關(guān) 而 二者又由手性矢量決定 是整數(shù) 當(dāng)手性矢量為3 的整數(shù)倍時(shí) 單碳納米管為 金屬性 否則為半導(dǎo)體 對(duì)于管與管之間的電流傳導(dǎo) 接觸點(diǎn)處的碳納米管的原 子結(jié)構(gòu)是很重要的 根據(jù)接觸點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)性的不同 接觸電阻的變化很大 1 7 1 8 l 針對(duì)碳納米管的這一特性 對(duì)其應(yīng)用的研究已經(jīng)涉及到了納米電子器件 場(chǎng)發(fā)射器 電極材料等許多方面u 9 2 3 熱學(xué)性能 碳納米管具有很高的長徑比 使大部分熱沿軸向傳導(dǎo) 圓柱形碳納米管在平 行于軸線方向的熱傳導(dǎo)性與金剛石相仿 而垂直方向又非常低 適當(dāng)排列碳納米 管可得到非常高的各相異性熱傳導(dǎo)材料 碳的石墨化程度越高 其導(dǎo)熱系數(shù)也越 大 用化學(xué)氣相沉積法 c v d 制備的碳納米管是一種良好的熱導(dǎo)體 若將這 種碳納米管改性的酚醛樹脂制成耐高溫的復(fù)合材料 在高溫時(shí)可將產(chǎn)生的熱量通 過碳納米管導(dǎo)出 從而降低樹脂的溫度 起到一定的保護(hù)作用 2 2 創(chuàng) 1 2 3 碳納米管的應(yīng)用 碳納米管的優(yōu)異特性使其具有非常廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域 研究證明 在今后的基 于納米技術(shù)和納米結(jié)構(gòu)的材料制備過程中 碳納米管將起到重要的作用 在高精 尖技術(shù)上 碳納米管擁有其他材料無法比擬的優(yōu)越性f 2 5 2 8 1 4 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 1 儲(chǔ)氫材料 氫氣作為一種清潔能源 一直受到世界各國的重視 然而 成本高昂 操作 困難的儲(chǔ)運(yùn)方法卻制約著氫能的開發(fā)和利用 所以開發(fā)一種優(yōu)良的儲(chǔ)氫材料勢(shì)在 必行 我國學(xué)者對(duì)儲(chǔ)氫材料的研究已經(jīng)走在世界前列 所合成的s w n t s 經(jīng)適當(dāng) 處理后可在室溫下儲(chǔ)存氫氣 研究發(fā)現(xiàn) 重約5 0 0 r a g 的s w n t s 室溫下儲(chǔ)存氫的 質(zhì)量可達(dá)4 2 這相當(dāng)于在兩個(gè)碳原子上就結(jié)合了一個(gè)氫原子 并且7 8 3 的 儲(chǔ)存氫在常溫常壓下可釋放出來 剩余的氫加熱后也可釋放出來 這種s w n t s 可重復(fù)利用l 冽 這一成果為儲(chǔ)氫材料的研究開辟了廣闊的前景 受到國際的高 度重視 2 納米電子器件 s w n t s 不僅提供了最理想的一維電子體系 而且還具有可變的能帶結(jié)構(gòu) 使其可應(yīng)用于制備各種電子器件 碳納米管獨(dú)特的物理和化學(xué)特性使其成為應(yīng)用 于掃描探針顯微鏡針尖的理想材料 碳納米管具有很小的直徑 用其制備顯微鏡 探針比傳統(tǒng)的s i 或s i 3 n 4 金字塔形狀的針尖分辨率更高 可以探測(cè)狹縫和深層次 的特性 碳納米管的尖端由于有極好的力學(xué)強(qiáng)度和彈性 比硅尖端有更長的成像 和形成納米線路的壽命 3 0 l 另外 碳納米管彈性彎曲性好 可以避免損壞樣品 及探針針尖 同時(shí) 碳納米管的端部可以有選擇性地進(jìn)行化學(xué)修飾 制備有機(jī)和 生物樣品官能團(tuán)的探針針尖 由于碳納米管探針針尖的優(yōu)良特性 所以近年來有 關(guān)該領(lǐng)域的研究成為熱門話題之一 3 復(fù)合材料改性 由于碳納米管具有非常高的強(qiáng)度 且耐強(qiáng)酸 強(qiáng)堿 6 0 0 以下基本不氧化 又具有納米級(jí)尺寸 若與工程材料復(fù)合 可起到增強(qiáng)作用 因此關(guān)于碳納米管復(fù) 合材料的研究也成為其應(yīng)用研究的一個(gè)重要領(lǐng)域 基于碳納米管的優(yōu)良的力學(xué)性能 可將其作為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑 初步 研究表明 樹脂和碳納米管之間可形成數(shù)百m p a 的界面強(qiáng)度 3 1 1 盡管在加工復(fù) 合材料時(shí)碳納米管不像纖維那樣容易斷裂 但如何將纏繞和彎曲的制品在基體聚 合物中分散 伸直 發(fā)揮大的長徑比作用有待探索 多壁碳納米管在壓縮時(shí)從基 體到碳納米管的傳遞負(fù)載比拉伸時(shí)更好 這可能是拉伸時(shí)僅碳納米管外層受負(fù) 荷 而在壓縮時(shí)應(yīng)力能傳遞到所有的層中 除作結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的增強(qiáng)劑外 碳納米管還可作為功能增強(qiáng)劑填充到聚合物 基體中 提高其導(dǎo)電性 散熱性能等 碳納米管具有纖維狀結(jié)構(gòu) 如使之均勻分 散在聚合物中 便會(huì)在聚合物基體中形成導(dǎo)電通路 添加量小 會(huì)成為永久抗靜 電型材料 添加到一定量 就會(huì)成為導(dǎo)電材料 5 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 1 3 環(huán)氧樹脂簡述 環(huán)氧樹脂1 3 2 3 4 是指分子中含有兩個(gè)或者兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類有機(jī)高分 子化合物 一般它們的相對(duì)分子質(zhì)量都不大 環(huán)氧樹脂的分子結(jié)構(gòu)是以分子鏈中 含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)為特征 環(huán)氧基團(tuán)可以位于分子鏈的末端 中間 或成環(huán)狀 結(jié)構(gòu) 環(huán)氧樹脂是一種熱塑性低聚物 性能很差 除用作聚氯乙烯的穩(wěn)定劑等之 外 沒有多少直接使用價(jià)值 但是由于環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)中含有活潑的環(huán)氧基團(tuán) 它們可與多種類型的固化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而形成不溶 不熔的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高 聚物 呈現(xiàn)出一系列優(yōu)異的性能 從而具有卓越的實(shí)用價(jià)值 所以環(huán)氧樹脂的化 學(xué)反應(yīng)性能是環(huán)氧樹脂應(yīng)用的基礎(chǔ) 核心 這種由預(yù)聚體變?yōu)楦呔畚锏倪^程稱為 固化 為此這種高聚物習(xí)慣上被稱為環(huán)氧樹脂固化產(chǎn)物 環(huán)氧樹脂在固化過程中 的行為及固化物的性能取決于環(huán)氧樹脂的性能 固化劑和其他助劑的性能以及它 們與樹脂之間的相互影響及合理配合 此外還和它們的固化歷程有密切關(guān)系 而 這些又取決于它們的分子結(jié)構(gòu) 環(huán)氧樹脂固化后具有優(yōu)良的力學(xué)性能 電性能 尺寸穩(wěn)定性和耐久性 很強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性 抗堿 抗酸 耐溶劑等 環(huán)氧樹脂最 大的特征是含有反應(yīng)活性很高的環(huán)氧基 1 3 1 環(huán)氧樹脂的性能 1 環(huán)氧基的反應(yīng)活性 環(huán)氧基是由兩個(gè)碳原子和一個(gè)氧原子組成的三元環(huán) 環(huán)氧基三元環(huán)的兩個(gè)碳 原子和一個(gè)氧原子在同一平面上 氧的電負(fù)性比碳大 導(dǎo)致靜電極化作用 使氧 原子周圍電子云密度增加 環(huán)氧乙烷的電荷偏向氧原子 在環(huán)氧基上就形成兩個(gè) 可反應(yīng)的活性中心 電子云密度較高的氧原子和電子云密度較低的碳原子 環(huán)氧 環(huán)上的電子云密度分布為 當(dāng)親電子試劑靠近時(shí)就攻擊氧原子 而當(dāng)親核試劑靠 近時(shí)則攻擊碳原子 并迅速發(fā)生反應(yīng) 引起c o 鍵斷裂 使環(huán)氧基開環(huán) 同時(shí) 又由于環(huán)內(nèi)鍵角約6 0 0 與正常的鍵角約1 0 9 0 比較 每個(gè)鍵都向內(nèi)屈撓2 4 0 因 此環(huán)氧環(huán)具有很大的張力 正是由于電荷的極化和環(huán)氧環(huán)的非常大的變形能量 使得環(huán)氧基具有極高的反應(yīng)活性 2 環(huán)氧基的均聚反應(yīng) 環(huán)氧基雖然有極高的反應(yīng)活性 在叔胺作用下 環(huán)氧基按陰離子逐步聚合反 應(yīng)歷程開環(huán)均聚 這是由于叔胺的n 原子外層有一對(duì)未共享的電子對(duì) 具有親 核性質(zhì) 是質(zhì)子接受體 叔胺中烷基的推電子作用使其具有很強(qiáng)的電負(fù)性 容易 攻擊環(huán)氧基上的c 葉原子而形成氧負(fù)離子 后者能繼續(xù)不斷地與另一個(gè)樹脂分子 的環(huán)氧基開環(huán)反應(yīng) 使分子鏈增長或交聯(lián) b f 3 是環(huán)氧樹脂的陽離子型催化劑 6 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 由于反應(yīng)太劇烈 樹脂凝塊太快 僅數(shù)十秒 無法操作 所以通常是與路易斯 堿 胺類 醚類等 形成絡(luò)合物 降低反應(yīng)活性后使用 b f 3 胺絡(luò)合物能引發(fā)環(huán) 氧基按陽離子聚合反應(yīng)歷程開環(huán)均聚 聚合歷程比較復(fù)雜 烴基對(duì)它影響很大 對(duì)于純的雙酚a 型環(huán)氧樹脂而言 首先在一定溫度下b f 3 胺絡(luò)合物離解釋出礦 h 攻擊環(huán)氧基開環(huán)形成離子結(jié)構(gòu) 此離子結(jié)構(gòu)連續(xù)不斷地使其他環(huán)氧基活化 開 環(huán)聚合 絡(luò)合胺類的堿性不同則離解溫度也不同 低于此溫度時(shí) 即使與環(huán)氧樹 脂并存 體系也是很穩(wěn)定的 因此可作為潛性固化劑 無機(jī)堿也是環(huán)氧基聚合的 催化劑 環(huán)氧樹脂中殘留的微量堿會(huì)顯著改變樹脂固化體系的正常固化速度及樹 脂的存放期 3 環(huán)氧基與活潑h 原子的反應(yīng) 按照化學(xué)性質(zhì)可把含活潑氫化合物分成堿性化合物和酸性化合物 它們的活 潑氫原子與環(huán)氧基會(huì)產(chǎn)生加成反應(yīng) 堿性化合物按親核機(jī)理與環(huán)氧基反應(yīng) 一般說來堿性大的活性大 如脂肪胺 芳香胺 酸性化合物按親電機(jī)理與環(huán)氧基反應(yīng) 一般來說酸性大的活性大 如 羧酸 酚 醇 脂肪族伯胺與端環(huán)氧基的反應(yīng)在室溫下就能進(jìn)行 無需促進(jìn)劑 但是一系列 質(zhì)子給與體物質(zhì) 如醇類 酚類 羧酸 璜酸和水等 對(duì)此反應(yīng)有促進(jìn)作用 而 質(zhì)子接受體物質(zhì) 如酯類 醚類 酮類等 對(duì)它有抑制作用 促進(jìn)效果的順序 為 酸 酚 水 醇 芳烴 苯 甲苯等 二氧雜環(huán)己烷 二異丙基醚 芳香胺比脂肪胺的活性小 與環(huán)氧基的反應(yīng)速度慢 室溫下只有3 0 左右 的樹脂參加了反應(yīng) 這是由于芳香胺氮原子上的不對(duì)稱電子被苯環(huán)部分地分散了 苯核的e 效應(yīng) 造成堿性降低 以及苯環(huán)的立體位阻效應(yīng)所致 然而芳香胺 與脂環(huán)環(huán)氧基的反應(yīng)卻要比脂肪胺快 這可能是芳香胺的相隨酸度大一些的緣 故 氯磺化聚乙烯與環(huán)氧酰胺基上氫原子的活性就更小了 室溫下與環(huán)氧基很難 發(fā)生反應(yīng) 需在k o h n a 0 h 或苯二甲酸鈉等強(qiáng)堿性促進(jìn)劑存在下 或在1 5 0 以上 的高溫下才能產(chǎn)生開環(huán)加成反應(yīng) 此反應(yīng) 可用于環(huán)氧樹脂的改性 4 環(huán)氧基與其他官能團(tuán)的反應(yīng) 1 環(huán)氧基能與h c l h b r 中的鹵素原子反應(yīng) 用于環(huán)氧當(dāng)量的測(cè)定 聚氯乙 烯等氯化聚合物的穩(wěn)定劑 2 環(huán)氧基能與聚氯丁二烯中1 2 結(jié)合的烯丙基位的氯原子反應(yīng)而交聯(lián) 3 環(huán)氧基與氯磺酸基的反應(yīng) 用于樹脂的硫化 促進(jìn)劑有二硫化二苯并噻 唑 秋蘭姆 二鄰甲苯基胍等 4 環(huán)氧基與異氰酸基 n c o 的反應(yīng) 異氰酸酯是親電子試劑 易被親核試 7 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 劑所攻擊 因此易與各種活潑氫化合物發(fā)生反應(yīng) 5 環(huán)氧基與氨基甲酸酯的反應(yīng) 此反應(yīng)經(jīng)由6 一羥乙基氨基甲酸酯 生成 惡唑烷酮 叔胺 如三乙胺 和季銨鹽是該反應(yīng)的有效促進(jìn)劑 6 環(huán)氧基與脲類的反應(yīng) 5 仲羥基與其他官能團(tuán)的反應(yīng) 相對(duì)分子質(zhì)量較高的雙酚a 型等環(huán)氧樹脂中還合有仲羥基 它與某些官能團(tuán) 的反應(yīng)如下 1 仲羥基與羥甲基的醚化反應(yīng) 用于酚醛樹脂的改性和固化 2 仲羥基與羧基的酯化反應(yīng) 用于羧基橡膠的改性及硫化 環(huán)氧樹脂的增 韌及固化等 3 仲羥基與異氰酸基的反應(yīng) 促進(jìn)劑有叔胺 有機(jī)金屬合物等 用于異氰 酸酯的擴(kuò)鏈及交聯(lián)等 4 鈦 鋯及鋁的醇鹽能通過下列螯合反應(yīng)使帶羥基的聚合物交聯(lián) 環(huán)氧樹 脂用烷氧基鈦交聯(lián)可制得涂料和塑料的膠粘劑 平均相對(duì)分子質(zhì)量為3 0 0 0 左右的 環(huán)氧樹脂與三 乙酞乙酸乙酯 鋁配得性能很好的涂料 1 3 2 環(huán)氧樹脂的固化 環(huán)氧樹脂未固化前是熱塑性線性結(jié)構(gòu) 不能直接使用 必須加入第二組分 在一定溫度下發(fā)生交聯(lián)固化反應(yīng) 才能生成可供使用的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高聚物 加入的第二組分稱為固化劑 環(huán)氧樹脂的固化過程有三種途徑 加入固化劑交聯(lián) 環(huán)氧樹脂之間交聯(lián) 環(huán)氧基團(tuán)與芳香和脂肪羥基交聯(lián) 環(huán)氧樹脂的固化劑按多元 分類法可分為顯在型和潛伏型 顯在型固化劑為普通使用的固化劑 而潛伏型固 化劑則是指 固化劑與環(huán)氧樹脂混合后 在室溫條件下相對(duì)長期穩(wěn)定 一般要求 在3 個(gè)月以上 才具有較大使用價(jià)值 最理想的則要求半年或者1 年以上 而 只需暴露在熱 光 濕氣等條件下 即開始固化反應(yīng) 顯在型固化劑可分為加成 聚合型和催化型 加成聚合型即打開環(huán)氧基的環(huán)進(jìn)行加成聚合反應(yīng) 固化劑本身 參加到三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中去 這類固化劑如果加入量過少 則固化產(chǎn)物連接著未反 應(yīng)的環(huán)氧基 因此對(duì)這類固化劑來說 存在著一個(gè)合適的用量 而催化型固化劑 則以陽離子的方式 或者陰離子的方式使環(huán)氧基開環(huán)加成聚合 最終固化劑不參 加到網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中去 所以存在等當(dāng)量反應(yīng)的合適用量 不過 增加用量會(huì)使固化 速度加快1 3 5 1 1 3 3 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用特點(diǎn)及其固化物的性能 環(huán)氧樹脂中含有獨(dú)特的環(huán)氧基 以及羥基 醚鍵等活性基團(tuán)和極性基團(tuán) 因 8 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 而具有許多優(yōu)異的性能 與其他熱固性樹脂相比較 環(huán)氧樹脂的種類最多 性能 各異 環(huán)氧樹脂固化劑的種類更多 再加上眾多的促進(jìn)劑 改性劑 添加劑等 可以進(jìn)行多種多樣的組合和組配 從而能獲得各種各樣性能優(yōu)異的固化物 1 環(huán)氧樹脂固化物的性能特劇3 6 j 1 力學(xué)性能高 環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力 分子結(jié)構(gòu)致密 所以它的 力學(xué)性能高于酚醛樹脂和不飽和聚酯等通用型熱固性樹脂 2 粘結(jié)性能優(yōu)異 環(huán)氧樹脂固化體系中活性極大的環(huán)氧基 羥基以及醚 鍵 胺鍵 酯鍵等極性基團(tuán)賦予環(huán)氧固化物以極高的粘結(jié)強(qiáng)度 再加上它有很高 的內(nèi)聚強(qiáng)度等力學(xué)性能 因此它的粘結(jié)性能特別強(qiáng) 可用作結(jié)構(gòu)膠 3 電性能好 是熱固性樹脂中介電性能最好的品種之一 4 穩(wěn)定性好 不含堿 鹽等雜質(zhì)的環(huán)氧樹脂不易變質(zhì) 5 工藝性好 環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物 所以可低壓 成型或接觸壓成型 配方設(shè)計(jì)的靈活性很大 可設(shè)計(jì)出適合各種工藝性要求的配 方 6 固化收縮率小 一般為l 2 是熱固性樹脂中固化收縮率最小 的品種之一 如果選用適當(dāng)?shù)奶盍峡墒故湛s率降至0 2 左右 這一特性使加工 制品的尺寸穩(wěn)定 內(nèi)應(yīng)力小 不易開裂 2 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用特性 1 具有極大的配方設(shè)計(jì)靈活性和多樣性 能按不同的使用性能和工藝性 能要求 設(shè)計(jì)出針對(duì)性很強(qiáng)的最佳配方 這是環(huán)氧樹脂應(yīng)用中的一大特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn) 2 不同的環(huán)氧樹脂固化體系分別能在低溫 室溫 中溫或高溫固化 能 在潮濕表面甚至在水中固化 能快速固化 也能緩慢固化 所以它對(duì)施工和制造 工藝要求的適應(yīng)性很強(qiáng) 3 在三大通用型熱固性樹脂中 環(huán)氧樹脂的價(jià)格偏高 從而在應(yīng)用上受 到一定的影響 但是 由于它的性能優(yōu)異 所以主要用于對(duì)使用要求高的場(chǎng)合 尤其是對(duì)綜合性能要求高的領(lǐng)域 1 3 4 環(huán)氧樹脂的應(yīng)用 環(huán)氧樹脂優(yōu)良的物理機(jī)械性能和電絕緣性 與各種材料的粘結(jié)性能 以及其 使用工藝的靈活性是其他熱固性塑料所不具備的 因此它能制成涂料 復(fù)合材料 膠粘劑 模壓材料和注射成型材料 在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用 3 7 3 io 1 涂料 環(huán)氧樹脂在涂料中的應(yīng)用占較大的比例 它能制成各具特色 用途各異的品 9 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 種 其共性如下 1 耐化學(xué)品性優(yōu)良 尤其是耐堿性 2 漆膜附著力強(qiáng) 特別是對(duì)金屬 3 具有較好的耐熱性和電絕緣性 4 漆膜保護(hù)色性好 但是雙酚a 型環(huán)氧樹脂的耐候性差 漆膜在戶外易粉化失光又欠豐滿 不 宜作戶外用涂料及高裝飾性涂料之用 因此環(huán)氧樹脂涂料主要用作防腐蝕漆 金 屬底漆 絕緣漆 但雜環(huán)及脂環(huán)族環(huán)氧樹脂制成的涂料可以用于戶外 2 膠粘劑 環(huán)氧樹脂除了對(duì)聚烯烴等非極性塑料粘結(jié)性不好之外 對(duì)于各種金屬材料 非金屬材料以及熱固性塑料都有優(yōu)良的粘接性能 因此有萬能膠之稱 環(huán)氧膠粘 劑是結(jié)構(gòu)膠粘劑的重要品種 3 工程塑料和復(fù)合材料 環(huán)氧工程塑料也可以看做是一種廣義的環(huán)氧復(fù)合材料 環(huán)氧復(fù)合材料主要有 環(huán)氧玻璃鋼 通用型復(fù)合材料 和環(huán)氧結(jié)構(gòu)復(fù)合材料 如拉擠成型的環(huán)氧型材 纏繞成型的中空回轉(zhuǎn)體制品和高性能復(fù)合材料 環(huán)氧復(fù)合材料是化工及航空 航 天 軍工等高技術(shù)領(lǐng)域的一種重要的結(jié)構(gòu)材料和功能材料 1 4 碳納米管 聚合物復(fù)合材料的研究進(jìn)展 材料是人類用來制造工具等有用器件的一類物質(zhì) 人類在征服自然 創(chuàng)造文 明的過程中 衣食住行都離不開材料 隨著人類的不斷進(jìn)步 材料的發(fā)展經(jīng)歷了 從石器到合成材料的各個(gè)階段 人類使用復(fù)合材料已經(jīng)有幾千年的歷史 但是以 合成材料作為基體 纖維作為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料是2 0 世紀(jì)4 0 年代發(fā)展起來 的一種新材料 復(fù)合材料1 3 叫 是指將兩種或者兩種以上的不同材料 用適當(dāng)?shù)姆椒◤?fù)合成 的一種新材料 其性能比單一材料性能優(yōu)越 一般來說 復(fù)合材料是由基體和增 強(qiáng)材料組成的 增強(qiáng)材料是復(fù)合材料的主要承力組分 特別是拉伸強(qiáng)度 彎曲強(qiáng) 度和沖擊強(qiáng)度等力學(xué)性能主要是由增強(qiáng)材料承擔(dān) 基體的作用是將增強(qiáng)材料粘合 成一個(gè)整體 起到均衡應(yīng)力和傳遞應(yīng)力的作用 使增強(qiáng)材料的性能得到充分的發(fā) 揮 從而產(chǎn)生一種復(fù)合效應(yīng) 使復(fù)合材料的性能大大優(yōu)于單一材料的性能 復(fù)合材料分類方法較多 常見的有以下三種 1 按基體類型可分為樹脂基復(fù)合材料 金屬基復(fù)合材料和無機(jī)非金屬基 復(fù)合材料等 2 按增強(qiáng)材料類型可分為玻璃纖維復(fù)合材料 玻纖增強(qiáng)的樹脂基復(fù)合材 l o 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 料 俗稱玻璃鋼 碳纖維復(fù)合材料 有機(jī)纖維復(fù)合材料和陶瓷纖維復(fù)合材料等 3 按用途可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料等 聚合物基復(fù)合材料的基體材料一般是高分子材料 高分子材料的應(yīng)用己經(jīng)有 一個(gè)世紀(jì)的歷史 在工 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中得到較廣泛的運(yùn)用 然而 由于 高分子材料的拉伸強(qiáng)度較低 且大部分不導(dǎo)電 因此 高分子材料的應(yīng)用受到一 定限制 由于高分子材料具有密度小 加工簡單 成本低等優(yōu)點(diǎn) 因此 利用高 分子材料作為基體材料 填充其它種類材料 制備高分子復(fù)合材料 以提高高分 子材料的力學(xué)性能或?qū)щ娦阅艿难芯勘粡V泛開展 添加的材料有粘土 無定形碳 芳綸纖維等 其中有代表性的有高分子 碳纖維復(fù)合材料 高分子 短纖維復(fù)合材 料和高分子 玻璃纖維復(fù)合材料 特別是高分子 碳纖維復(fù)合材料取得很大進(jìn)展 大幅度提高了高分子材料的力學(xué)性能 產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于航空 汽車和家用電器 等 如表1 1 所示 表1 1 常用材料與纖維增強(qiáng)塑料性能 碳納米管展現(xiàn)出許多奇特的物性 在聚合物基復(fù)合材料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng) 用 其良好的柔韌性和質(zhì)輕 超高強(qiáng)的力學(xué)性能使它成為制備超強(qiáng)聚合物基復(fù)合 材料的極限結(jié)構(gòu)增強(qiáng)體 并在增強(qiáng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了增韌 獨(dú)特的光電性能可以賦予 聚合物復(fù)合材料新的光電性能 碳納米管 聚合物納米復(fù)合材料在航天 光電子 紡織 涂料 汽車等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景 近年來 碳納米管 聚合物納米 復(fù)合材料已經(jīng)成為碳納米管研究中的一個(gè)熱點(diǎn) 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章文獻(xiàn)綜述 1 4 1 碳納米管 聚合物復(fù)合材料的制備 以聚合物為基體 碳納米管為填充物制備復(fù)合材料 目的是為了改善聚合物 基體的力學(xué)和電學(xué)等性質(zhì) 聚合物復(fù)合材料的涉及面較寬 制備方法也多種多樣 碳納米管 聚合物復(fù)合材料的制備方法大致分為 液相共混復(fù)合法 固相共融復(fù) 合法 原位聚合法1 4 m 引 1 液相共混復(fù)合法 液相共混是目前制備碳納米管 聚合物復(fù)合材料的主要方法之一 此方法一 般是先把聚合物基體溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?然后加入碳納米管 利用超聲分散的 方法使碳納米管在溶劑中分散混合均勻 除去溶劑使之聚合制得復(fù)合材料 這種 方法操作簡單 方便快捷 當(dāng)碳納米管達(dá)到一定的含量時(shí) 其在聚合物基體中基 本分散 所得的碳納米管 聚合物復(fù)合材料具有較高的力學(xué)性能和熱 電穩(wěn)定性 但其不足之處是碳納米管在聚合物中分散均勻性差 其取向性無法控制 2 固相共融復(fù)合法 熔體共混是將表面處理過的碳納米管與聚合物基體材料加熱到基體材料的 熔點(diǎn)以上溶容并均勻混合而得到碳納米管 聚合物復(fù)合材料 新加坡國立大學(xué) j i n 等人首次采用此方法合成了一系列的碳納米管 聚合物復(fù)合膜 此方法優(yōu)點(diǎn) 主要是可以避免溶劑和其他表面活性劑的殘留 但僅適用于耐高溫 不易分解的 聚合物 與溶液共混法一樣 也仍然存在著碳納米管的分散性和取向不能確定等 缺點(diǎn) 3 原位聚合法 原位聚合法即就地分散聚合 該方法是碳納米管和聚合物單體混合 在引發(fā) 劑的作用下 利用碳納米管表面的官能團(tuán)參與或利用引發(fā)劑打開碳納米管的丌 鍵 使其參與聚合反應(yīng)而達(dá)到與有機(jī)相的良好相容性 混合液的粘度逐漸增大 完成由液態(tài)到固態(tài)的聚合反應(yīng) 碳納米管均勻分散在聚合物的網(wǎng)絡(luò)中 碳納米管 的加入不僅對(duì)鏈?zhǔn)骄酆衔锏木酆线^程和復(fù)合強(qiáng)度有很大的影響 而且影響碳納米 管在聚合物中的分散度 清華大學(xué)的賈志杰等認(rèn)為碳納米管加入聚合體系前 聚 合反應(yīng)的時(shí)間與碳納米管在聚合物中的分散度成正比 基本呈單管分散 原位聚 合最大的特點(diǎn)是可以避免前面兩種方法可能引起的碳納米管在聚合物體系中分 散不均勻的現(xiàn)象 但是此方法制備的聚合物由于碳管的封端作用使制備的聚合物 長鏈一般很短 分子量較小 碳管的取向問題仍然沒有得到解決 1 4 2 碳納米管 聚合物復(fù)合材料的性能 1 影響碳納米管 聚合物復(fù)合材料性能的因素 1 2 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻(xiàn)綜述 1 分散性的影響 碳納米管徑向的納米尺寸和高的比表面能 導(dǎo)