碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究

论文摘要

环氧树脂（EP）结构中含苯环和醚键，因此具有优良的电绝缘性、耐化学介质性和粘接性，广泛应用于涂料、胶粘剂和工程材料领域。EP胶粘剂对各种金属和大部分非金属材料均有良好的粘接性，金属用胶粘剂要求其具有一定的导电性，需对EP进行改性。EP质脆，对其进行增韧改性也是必须的。多壁碳纳米管（MWNTs）具有优异的力学性能、热学性能和电学性，是聚合物理想的改性填料。但是，MWNTs易团聚，在EP中难以均匀分散，其高性能在碳纳米管/环氧树脂（MWNTs/EP）复合材料中得不到实现。本文对MWNTs进行了酸化处理，考察了能使MWNTs在EP中均匀分散的新的分散工艺，并对复合材料的性能进行了研究。首先研究了不同酸化处理方式对MWNTs的分散性的影响，结果表明加热搅拌处理2h的MWNTs纯化和功能化效果最好。考察了EP的固化条件和MWNTs的三种分散（搅拌、溶剂和乳化）工艺对EP性能的影响，发现制备复合材料的最佳制备条件为：利用乳化机将MWNTs分散在EP基体中，在RT/2h+70℃/2h+125℃/2.5h+150℃/1h条件下固化。利用原位聚合法制备了MWNTs含量不同的MWNTs/EP复合材料。通过对其形貌及性能等进行了研究，发现适量的MWNTs在EP中能够均匀分散。由于MWNTs与EP基体有一定的界面相互作用，MWNTs/EP复合材料的玻璃化转变温度（Tg）、强度和韧性均有提高。MWNTs含量为10wt%时，MWNTs/EP复合材料的Tg较纯EP升高约20℃，体积电阻率较纯EP降低了9个数量级，渗流阀值在4-6wt%之间。MWNTs含量为6wt%时，拉伸强度、弹性模量和冲击强度达到最大值，分别较纯EP提高了83%、83%和89%。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 碳纳米管
• 1.1.1 碳纳米管的结构
• 1.1.2 碳纳米管的制备方法
• 1.1.3 碳纳米管的特性
• 1.1.4 碳纳米管在聚合物基复合材料中的应用
• 1.2 环氧树脂
• 1.2.1 环氧树脂的定义和分类
• 1.2.2 环氧树脂固化剂种类
• 1.2.3 环氧树脂的固化反应
• 1.2.4 环氧树脂的性能和应用
• 1.3 环氧树脂基纳米复合材料
• 1.3.1 环氧树脂基纳米复合材料的制备方法
• 1.3.2 环氧树脂基纳米复合材料的性能
• 1.3.3 环氧树脂基纳米复合材料的前景
• 1.4 立题依据与研究内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 试剂与仪器
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 碳纳米管的酸化
• 2.2.2 纯环氧树脂固化物的制备
• 2.2.3 碳纳米管与环氧树脂的混合
• 2.2.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
• 2.3 性能表征
• 2.3.1 碳纳米管及碳纳米管/环氧树脂复合材料的 XRD 检测
• 2.3.2 碳纳米管及碳纳米管/环氧树脂复合材料的 SEM 检测
• 2.3.3 碳纳米管及碳纳米管/环氧树脂复合材料的 FTIR 检测
• 2.3.4 纯环氧树脂及碳纳米管/环氧树脂复合材料的 DMA 检测
• 2.3.5 纯环氧树脂及碳纳米管/环氧树脂复合材料的电性能检测
• 2.3.6 纯环氧树脂及碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能检测
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 碳纳米管的酸化
• 3.1.1 酸化前后碳纳米管 SEM 分析
• 3.1.2 酸化前后碳纳米管 FTIR 分析
• 3.1.3 酸化前后碳纳米管 XRD 分析
• 3.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料制备工艺的确定
• 3.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料的分析
• 3.3.1 碳纳米管/环氧树脂复合材料 SEM 分析
• 3.3.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料 FTIR 分析
• 3.3.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料 XRD 分析
• 3.3.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料 DMA 分析
• 3.3.5 碳纳米管/环氧树脂复合材料电性能分析
• 3.3.6 碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能分析
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢