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碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究进展

    碳纳米管(CNTs)是新型的准一维功能材料,具有大的长径比、超高的强度和模量,韧性好,密度低,更兼具特殊的电子学性质。其杨氏模量可达1.0TPa以上[1],比一般的碳纤维高一个数量级,大约为钢的100倍;拉伸强度达(45±7)GPa,是高强钢的20倍;CNTs含有丰富的п电子,也可以作为导电聚合物,将其与其他聚合物复合,以期得到性能更加优良的复合材料。同时,CNTs还具有很好的柔韧性,最大弯曲角度超过110°,是复合材料的优秀改性剂和理想的功能、增强材料。其超强的力学性能和热稳定性可以极大地改善聚合物基复合材料的强度和韧性,从1991年日本学者发现以来,一直是世界科学研究的热点之一[2-5]。随着CNTs产量的扩大和质量的提高,其应用开发研究已经取得了一定的进展,其中复合材料是一个重要领域。环氧树脂具有良好的机械性能、电性能和热性能,广泛应用于机械、化工、电子电气和航空航天等领域。环氧树脂最大的缺点是交联固化后质脆,耐冲击和应力开裂的能力较差。在环氧树脂中引入纳米粒子进行改性被证明是一种十分有效的方法,已引起国内外学者的广泛重视。环氧树脂的电绝缘性能好,与其他材料复合后,一般能保持其良好的电绝缘性能,同时又能增强复合材料的黏结性、耐腐蚀性、加工性等,特别是加入导电材料,可以获得具有较高介电常数的复合材料,还能够改善其介电损耗[6]。

1CNTs与环氧树脂复合材料的性能研究

    CNTs/聚合物纳米复合材料的研究最初是从切片过程中CNTs的取向开始的。Ajayan等[7]通过机械搅拌制备了多壁碳纳米管(MWNTs)在环氧树脂基体中的定向排列复合材料。Jin等[8]同样研究了MWNTs在环氧树脂基体中定向排列复合材料的制备,通过热塑性聚合物与CNTs分散在氯仿中,然后浇铸得到复合材料。在100℃时,CNTs可以达到同方向伸展,并且除去外力后在室温下仍然可以达到同方向伸展的复合材料。Bower等[9]通过X-射线衍射和透射电镜研究了该材料的同向性和同向程度。

1.1力学性能

    CNTs/环氧树脂复合材料的力学性能已经被广泛的研究[10-12],由于径向的纳米级尺寸和高的表碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究进展面能导致CNTs在聚合物中容易团聚,分散性变差,不仅降低了其有效长径比,而且容易造成管与管之间的滑移,使得增强效果变差。Salvetat等首先研究了分散性对CNTs/聚合物纳米复合材料力学性能的影响,认为CNTs之间的团聚和滑移不能使其起到有效的增强作用。Gong等研究了表面活性剂对CNTs在环氧树脂中分散性的影响,加入表面活性剂后,1%的CNTs可使聚合物的玻璃化温度(Tg)由63℃提高到88℃,弹性模量增加30%,表面活性剂起到分散和增塑的效果,其憎水端靠近CNTs而亲水端与环氧树脂形成氢键作用。

添加时间:2011-01-05 12:15:42       点击次数:1869      文章来源: