碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及性能研究

论文摘要

碳纳米管具有独特的微观结构,极大的长径比和比表面积,优异的力学性能与导电性能,与聚合物复合可开发出许多新型复合材料。本文以环氧树脂为基体,碳纳米管为增强体,用真空浇铸法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究碳纳米管添加量、分散方式、表面活性剂添加以及碳纳米管镀银处理对制备碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的力学性能及电学性能的影响,用电化学测试仪和电子万能实验机等仪器对材料的性能进行了测试,用TEM、SEM等对复合材料结构进行了表征。结果表明:1.采用超声波分散及真空浇铸成型法制备碳纳米管/环氧树脂复合材料具有较好的力学性能和电学性能。2.适量碳纳米管的加入有效提高环氧树脂复合材料的力学和电学性能,体系出现两个渗流阀值,分别在碳纳米管含量约为0.3wt%和1.1wt%时。3.当碳纳米管含量为0.75wt.%时,复合材料的力学性能最佳,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了18.3%、20.5%和92.8%。4.对碳纳米管用表面活性剂进行处理后,能更好地提高碳纳米管在复合材料中的分散性,从而提高复合材料的力学和电学性能,体系出现两个渗流阀值,分别是表面活性剂的含量约为碳纳米管含量的0.5倍和3倍时。当表面活性剂的添加量是碳纳米管的3倍时,复合材料的力学性能最好,相对于添加未表面处理的碳纳米管制备的复合材料,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了21.66%、26.86%和41.05%。5.增塑剂能使复合材料的力学性能下降,随着增塑剂含量的增加,复合材料的拉伸强度和拉伸模量都逐渐下降,断裂伸长率逐渐增加。合适含量的增塑剂能有效提高复合材料的电性能,体系中的两个渗流阀值为增塑剂含量约为2.5wt%和7wt%时。6.比较不同方法制备银粉改性的碳纳米管/环氧树脂复合材料,结果表明银粉的加入能提高复合材料的综合性能,尤其是化学镀银方法能使银粉更均匀包覆在碳纳米管上,提高了碳纳米管的分散性以及复合材料的综合性能。体系的两个渗流阀值分别出现在银粉的含量约为17.5wt%和30wt%时。当银粉的添加量为25wt%时,复合材料的力学性能最好,相对于只添加碳纳米管而言,复合材料的拉伸强度、拉伸模量、断裂伸长率分别提高了35.11%、36.21%和19.95%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 文献综述
• 1.1 前言
• 1.2 碳纳米管的研究及应用
• 1.2.1 碳纳米管简介
• 1.2.2 碳纳米管的性能
• 1.2.3 碳纳米管的应用
• 1.3 环氧树脂简述
• 1.3.1 环氧树脂的性能
• 1.3.2 环氧树脂的固化
• 1.3.3 环氧树脂的应用特点及其固化物的性能
• 1.3.4 环氧树脂的应用
• 1.4 碳纳米管/聚合物复合材料的研究进展
• 1.4.1 碳纳米管/聚合物复合材料的制备
• 1.4.2 碳纳米管/聚合物复合材料的性能
• 1.5 本课题的研究目的和主要内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验流程
• 2.2 实验原料及仪器
• 2.2.1 实验原料的选择
• 2.2.2 实验仪器
• 2.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
• 2.3.1 碳纳米管的表面处理
• 2.3.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料样品的制备
• 2.4 复合材料拉伸性能的测试
• 2.4.1 复合材料试样的形状、尺寸
• 2.4.2 复合材料拉伸性能的测试及计算
• 2.5 复合材料电学性能的测试
• 2.6 复合材料的微观结构表征
• 2.6.1 透射电子显微镜（TEM）
• 2.6.2 扫描电子显微镜（SEM）
• 第三章 碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能研究
• 3.1 碳纳米管的形貌
• 3.2 碳纳米管含量对复合材料力学性能的影响
• 3.3 表面活性剂对复合材料力学性能的影响
• 3.3.1 表面活性剂的作用机理
• 3.3.2 表面活性剂的添加量对复合材料力学性能的影响
• 3.4 增塑剂对复合材料力学性能的影响
• 3.4.1 增塑剂的作用机理
• 3.4.2 增塑剂的添加量对复合材料力学性能的影响
• 3.5 复合材料断面形貌分析
• 3.5.1 碳纳米管对复合材料断面形貌的影响
• 3.5.2 表面活性剂对复合材料断面形貌的影响
• 3.6 本章小结
• 第四章 碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学性能研究
• 4.1 复合材料的导电机理
• 4.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料的电学性能
• 4.2.1 碳纳米管对复合材料电学性能的影响
• 4.2.2 表面活性剂对复合材料导电性的影响
• 4.2.3 增塑剂对复合材料导电性的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 银改性复合材料的性能
• 5.1 银粉的形貌
• 5.2 不同方法制备银粉改性的碳纳米管
• 5.2.1 机械球磨法制备镀银碳纳米管
• 5.2.2 化学镀法制备镀银碳纳米管
• 5.3 银粉的加入对复合材料性能的影响
• 5.3.1 银粉的添加量对复合材料力学性能的影响
• 5.3.2 银粉对复合材料断面形貌的影响
• 5.3.3 银粉含量的复合材料导电性的影响
• 5.4 化学镀银碳纳米管对复合材料性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果