碳納米管改性碳纖維-環(huán)氧樹脂復合材料的制備與性能研究.pdf

1、碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料具有優(yōu)異的機械性能,被廣泛應用在各個領域。然而,環(huán)氧基體自身的性能不高以及碳纖維與環(huán)氧基體之間弱的界面結(jié)合限制著該復合材料的整體性能;對于層狀的碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料,還存在著層間性能較差的問題。隨后,納米尺度的碳納米管(Carbon nanotubes, CNTs)因其良好的力學、電學性能等被用于碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的改性中。
　　本文從優(yōu)化CNTs在碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料中的組織形態(tài)角度出發(fā),創(chuàng)

2、新性地將冷凍干燥工藝引入到不同碳纖維織物增強的復合材料制備中。具體地,
　　在二維碳纖維織物體系下,討論了利用冷凍干燥技術(shù)在二維碳纖維織物/環(huán)氧樹脂復合材料中制備連續(xù)CNTs網(wǎng)絡的可行性。表明:在二維碳纖維織物中,通過冷凍干燥技術(shù),能夠把一定量的CNTs組裝成連續(xù)、多孔的CNTs網(wǎng)絡,基于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)健性,這些網(wǎng)絡大部分能夠被保存在復合材料中,從而顯著提高復合材料的層間導電性能,并影響著材料層間剪切強度的大小。
　　在一維碳

3、纖維織物體系下,通過選擇未經(jīng)修飾的或羥基化的CNTs、并利用干燥方法控制其在預制體中的分布形貌,系統(tǒng)地討論了具有不同組織形態(tài)和特性的CNTs對復合材料層間性能的影響。表明:相對于直接加熱得到的零散分布和團聚體并存的CNTs組織形態(tài),冷凍干燥制得的CNTs網(wǎng)絡顯著提高了復合材料的層間電導率;羥基化CNTs網(wǎng)絡使得相應的復合材料獲得了最高的電導率值;未經(jīng)修飾的CNTs網(wǎng)絡有利于復合材料層間剪切強度的提高,但羥基化CNTs網(wǎng)絡在提高材料彎曲強

4、度和模量的同時,降低了材料的層間剪切強度。此外,對由冷凍干燥制得的連續(xù)CNTs網(wǎng)絡的形成機理也進行了研究,其機理可被描述成“限域條件下的冷凍干燥”。
　　在三維碳纖維織物體系下,研究了不同的干燥方法在CNTs改性的三維碳氈/環(huán)氧樹脂復合材料制備過程中的效果。表明:相對于目前普遍采用的直接加熱干燥方法,冷凍干燥的采用有利于保持三維碳氈的原始結(jié)構(gòu)而不產(chǎn)生開裂、有利于改善CNTs在織物中的分散效果,從而顯著提高了復合材料的電導率及其彎曲