多壁碳納米管-環(huán)氧樹脂復合機敏材料的性能及制備工藝研究.pdf

1、在當前社會背景下提高土木工程的信息化水平對土木工程的未來發(fā)展具有重要意義。土木工程信息化既包括技術(shù)開發(fā)的信息化，也包括管理的信息化。而其中極為重要的一部分即為結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測。環(huán)氧樹脂種類繁多，其性能可通過不同的固化反應(yīng)以及各種改性劑進行靈活調(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)各種不同的工程條件。且環(huán)氧樹脂造價低廉、固化收縮小、加工成型容易、養(yǎng)護齡期短、力學性能優(yōu)良、耐腐蝕強、耐熱性好，以環(huán)氧樹脂為基材制作機敏材料并進行結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測具有很大優(yōu)越性。針對該復合

2、材料，本文主要進行了如下研究:
　　(1)原材料的選擇。通過比較粘-溫曲線，得出E51比E44更適合作為基體材料;通過紫外-可見光譜分析，得出DMF作為環(huán)氧樹脂的溶劑更有利于碳納米管的分散;采用紫外-可見光譜分析的方法，得出L-MWNT-2040更加容易分散。
　　(2)分散工藝。通過測試在不同超聲功率、超聲時間、超聲作用方式以及混合液用量下的分散效果并綜合考慮儀器性能得出了最佳的超聲參數(shù):超聲功率為60％，超聲作用的方式為

3、3s/3s，超聲時間為30min，單次環(huán)氧樹脂用量為150g。分析了溫度以及溶劑用量對分散效果的影響，試驗結(jié)果表明混合液溫度越高，分散效果越差，且當DMF用量為10％時，更有利于MWCNTs的分散。分析了分散液的存放問題，通過分析時間以及溫度對分散液分散效果的影響，得出溫度以及時間對分散液的穩(wěn)定性有影響但影響不大，其中溫度越高，穩(wěn)定性越差，隨著存放時間的增長。
　　(3)固化工藝。分析了固化劑的用量、常溫固化和后固化的時間對固化物

4、的顯微硬度的影響。得出了最優(yōu)的DETA用量，即環(huán)氧樹脂用量的9％;得到了最佳的固化流程，即常溫負壓固化9h，后固化2h。
　　(4)力學性能。分析了復合材料在承受壓力作用下的破壞過程，得出復合材料的彈性極限約為45MPa，彈性模量約為1GPa到2GPa;對復合材料的滯彈性進行了分析，結(jié)果表明復合材料承受的荷載越大，其應(yīng)變的滯后性越明顯，當荷載較小時，材料滯彈性不明顯。(5)復合材料機敏性。測量了不同濃度下復合材料的電阻率變化，得出

5、復合材料的滲流閾約為0.5wt％到0.8wt％;通過分析不同MWCNTs濃度的復合材料在循環(huán)荷載逐級加載下電阻率的變化得出:復合材料中MWCNTs的濃度越低，復合材料的靈敏度越好;復合材料的電阻變化率-時間曲線中的噪音與MWCNTs濃度有關(guān)，濃度越低噪音越多。通過分析復合材料在溫度循環(huán)作用下電阻率的變化，得出復合材料的電阻率隨著溫度的升高或降低相應(yīng)地增加或減少。此外，本文測試了水分對電阻率的影響，結(jié)果表明環(huán)境中的水分對復合材料電阻率的影