碳纳米管在环氧树脂中的分散及其复合材料的性能研究

论文摘要

碳纳米管自从被发现以来,以其优异的力学性能、电学性能、热学性能等被广泛应用在聚合物（包括环氧树脂）改性中。但是由于碳纳米管易团聚且表面呈化学惰性,使其在聚合物基体中的分散性差,从而限制了其应用范围。因此必须对碳纳米管表面进行修饰,提高其在基体中的分散性和界面结合性能。本课题主要研究碳纳米管的表面修饰、分散性及其在环氧树脂基体中的分散性,并进一步研究了碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能和流变性能。首先采用酸化纯化和表面活性剂表面修饰的方法对碳纳米管进行表面修饰,通过FT-IR、XRD、SEM和TEM对修饰后的碳纳米管进行表征,发现碳纳米管经表面修饰后其分散性能大幅度提高,分散性能好坏依次为：表面活性剂修饰后的碳纳米管>酸化处理的碳纳米管>未修饰的碳纳米管。其次研究超声分散和表面活性剂分散中的各个因素对碳纳米管在溶剂和环氧树脂基体中分散性能的影响,通过对碳纳米管悬浮液的分散稳定性分析以及电镜分析确定最佳超声条件,实验发现BYK-9077对碳纳米管改性后其在环氧树脂基体的分散性能最好；最后采用溶液共混法制备了MWNTs/EP基复合材料,对其微观形貌进行分析,测试复合材料的力学性能和流变性能,研究了碳纳米管含量、表面活性剂含量以及分散时间等对该复合材料各项性能的影响。结果表明：碳纳米管的加入提高了复合材料的力学性能,修饰后的碳纳米管的改性效果更佳；流变性能的表征间接地反应了修饰后的碳纳米管能够均匀地分散于环氧树脂基体中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 碳纳米管的概述
• 1.2.1 碳纳米管的制备
• 1.2.2 碳纳米管的结构
• 1.2.3 碳纳米管的性能
• 1.2.4 碳纳米管的应用
• 1.3 碳纳米管的表面修饰与分散
• 1.3.1 碳纳米管的纯化
• 1.3.2 碳纳米管的表面功能化
• 1.3.3 碳纳米管的分散
• 1.4 环氧树脂的概述
• 1.5 碳纳米管/环氧树脂复合材料研究进展
• 1.5.1 碳纳米管/聚合物复合材料的制备方法
• 1.5.2 碳纳米管在聚合物基体中的分散
• 1.5.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的性能研究
• 1.6 本课题研究内容
• 1.6.1 本课题的提出和研究内容
• 1.6.2 本课题的研究方案
• 1.6.3 本课题的难点和创新之处
• 第二章 碳纳米管的表面修饰
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料、试剂和仪器
• 2.2.2 实验内容
• 2.2.3 测试和表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 酸化碳纳米管表面羧基含量的测定
• 2.3.2 酸化前后碳纳米管的红外表征
• 2.3.3 酸化前后碳纳米管XRD分析
• 2.3.4 不同修饰过程的碳纳米管的悬浮稳定性
• 2.3.5 不同修饰过程的碳纳米管的电镜表征
• 2.4 本章小结
• 第三章 碳纳米管的分散性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料、试剂和仪器
• 3.2.2 实验方案
• 3.2.3 测试和表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 超声分散对碳纳米管分散性能的影响
• 3.3.2 表面活性剂对碳纳米管分散性能的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 碳纳米管在环氧树脂基体中的分散及性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要原料、试剂和仪器
• 4.2.2 碳纳米管在环氧树脂基体中的分散
• 4.2.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 碳纳米管在环氧树脂基体中的分散性讨论
• 4.3.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能研究
• 4.3.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的流变性能研究
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 附件