氨基化碳納米管增強(qiáng)環(huán)氧樹脂及其碳纖維復(fù)合材料的制備研究.pdf

1、碳纖維環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料由于其高強(qiáng)高模、密度低等特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車制造、運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域。然而，韌性低、橫向力學(xué)性能差、界面性能差、層間易剝離，使得碳纖維復(fù)合材料的應(yīng)用產(chǎn)生局限性。碳納米管由于其優(yōu)異的力學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性，通過(guò)增強(qiáng)樹脂基體可以提高基體的模量和韌性，同時(shí)加強(qiáng)碳纖維與樹脂間的界面結(jié)合，提高復(fù)合材料界面性能。然而，由于碳納米管在樹脂基體中的分散性差，導(dǎo)致其難以發(fā)揮增強(qiáng)體的作用，影響復(fù)合材料的性能。通過(guò)對(duì)碳納米管的

2、表面改性可以提高其在樹脂中的反應(yīng)性及分散性，提高其與樹脂的相容性。
　　本文從碳納米管的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出發(fā)，將兩種胺類化合物(EDA和DETDA)接枝到碳納米管表面。將表面改性的兩種氨基化碳納米管分散在DGEAC/DETDA環(huán)氧樹脂基體中，通過(guò)不同氨基化碳納米管在樹脂基體中的分散性，環(huán)氧樹脂固化動(dòng)力學(xué)表征對(duì)氨基化碳納米管與環(huán)氧樹脂基體的適配性做出研究，為碳納米管增強(qiáng)碳纖維樹脂基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。之后制備了MWCNTs-NH2/

3、T700碳纖維多尺度增強(qiáng)單向復(fù)合材料。選擇適配的氨基化碳納米管/環(huán)氧樹脂體系，通過(guò)溶劑法制備MWCNTs-DETDA/T700碳纖維預(yù)浸料并制備了復(fù)合材料層合板。此外，本文還對(duì)氨基化碳納米管在不同環(huán)氧固化劑體系中的固化動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，通過(guò)預(yù)固化過(guò)程使得MWCNTs-NH2/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能得到提高。
　　本文將兩種胺類化合物接枝到碳納米管表面，表征結(jié)果表明，MWCNTs-EDA的接枝率比MWCNTs-DETDA高，兩種氨基化

4、碳納米管在乙醇中的分散性較MWCNTs-COOH均有改善。將改性后的碳納米管加入DGEAC/DETDA樹脂體系中，MWCNTs-DETDA的分散穩(wěn)定性更好。固化動(dòng)力學(xué)研究表明，兩種氨基化碳納米管與樹脂基體發(fā)生反應(yīng)，在反應(yīng)初期促進(jìn)環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)。同時(shí)，加入0.5wt％MWCNTs-DETDA的樹脂體系玻璃化溫度及彎曲性能較MWCNTs-EDA體系相比提高更多。表明MWCNTs-DETDA與DGEAC/DETDA體系有更優(yōu)異的適配性。兩

5、種碳納米管加入樹脂基體中，制備得到MWCNTs-NH2/T700碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度都有提高，其中MWCNTs-DETDA/T700/環(huán)氧樹脂彎曲性能提升更高。選擇適配的氨基化碳納米管/環(huán)氧樹脂基體，通過(guò)溶劑法制備了MWCNTs-DETDA/T700/環(huán)氧樹脂碳纖維預(yù)浸料，最終制備得到復(fù)合材料層合板的界面性能及彎曲性能均有很大程度的提高。
　　固化動(dòng)力學(xué)研究表明，氨基化碳納米管在低活性固化劑樹脂體系中降