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与沥青基碳纤维相匹配树脂体系及其导热性能研究

作　者: 钱志英
导　师: 吴晓宏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理化学
关键词: 沥青基碳纤维环氧树脂氰酸脂树脂改性导热性能
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

沥青基碳纤维（pitch-basedcarbonfiber，PCF）是公认的新型高导热碳纤维，用来制备增强树脂基复合材料，可以提高复合材料的导热性能。但树脂基体的导热性能并不十分理想，且由于纤维与基体的相容性问题，限制复合材料性能的发挥。因此，本论文选用碳纳米管（carbonnano-tubes，CNTs）和氧化锌晶须（ZnOw）改性环氧（Epoxy，Ep）及氰酸脂(CyanateEster，CE)两种树脂基体，制备导热性能优越的碳纤维增强树脂基复合材料，对复合材料的实际应用提供理论依据和技术支持。采用XRD、SEM、AFM、XPS等分析测试手段对沥青基碳纤维进行表面特点结构分析及表征。针对沥青基碳纤维的表面特点，对与之相匹配的Ep树脂及CE树脂体系进行实验研究。首先选取分散碳纳米管的表面活性剂、对氧化锌晶须进行表面改性、确定CNTs与ZnOw的添加比例。实验表明，十二烷基苯磺酸钠（DDBS）为表面活性剂对碳纳米管在树脂基体中的分散效果较好；使用KH560硅烷偶联剂改性氧化锌晶须可以改善树脂基体的导热性能；当碳纳米管与氧化锌晶须的比例为4:1时，树脂体系导热性能最好。然后分别考察CNTs的添加量、CNTs/ZnOw混合填料的添加量对Ep树脂和CE树脂导热性能、力学性能、热学性能的影响。结果表明，通过混合添加方式得到的两种树脂基体性能更好；在Ep树脂体系中，当CNTs/ZnOw混合填料含量为6%时，其中导热系数达到0.57W/Km，比未改性Ep树脂基体提高了3.17倍；在CE树脂体系中，当CNTs/ZnOw混合填料含量为8%时，导热系数达到0.62W/Km，相对于未改性CE树脂基体提高了2.38倍；此时，两种树脂体系的导热性能最优，力学性能有所提高，热稳定性有较大的改善。采用以上两种最优改性树脂体系，制备沥青基碳纤维增强树脂基复合材料，对其进行导热性能、力学性能、热学性能的测试。结果表明，Ep树脂基复合材料在CNTs/ZnOw混合填料含量为6%时，导热系数达到5.63W/Km，弯曲强度达到186MPa，热稳定性也有所提高；CE树脂基复合材料在CNTs/ZnOw混合填料含量为8%时，导热系数达到8.48W/Km，弯曲强度达到209MPa，热稳定性有明显改善。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究目的和意义  10-12
  1.2 沥青基碳纤维概述  12-14
    1.2.1 沥青基碳纤维简述  12-13
    1.2.2 沥青基碳纤维的特点及应用  13-14
  1.3 相匹配树脂体系研究概况  14-17
    1.3.1 树脂基体导热改性方法  14-16
    1.3.2 纤维增强树脂基复合材料成型方法  16-17
  1.4 本课题的研究内容  17-18
第2章试验材料及研究方法  18-27
  2.1 实验原料及仪器  18-19
  2.2 实验方法  19-23
    2.2.1 树脂基体和改性粒子的选择  19
    2.2.2 改性Ep树脂基体制备  19-21
    2.2.3 改性CE树脂基体制备  21-22
    2.2.4 沥青基碳纤维复合材料的制备  22-23
  2.3 材料性能测试方法  23-27
    2.3.1 树脂基体与复合材料的导热性能  23-24
    2.3.2 力学性能测试  24-25
    2.3.3 差示扫描量热分析 (DSC)  25
    2.3.4 热重分析 (Tg-DTA)  25
    2.3.5 扫描电子显微镜分析(SEM)  25
    2.3.6 X-射线衍射分析(XRD)  25-26
    2.3.7 原子力显微镜分析(AFM)  26
    2.3.8 X射线光电子能谱分析(XPS)  26-27
第3章树脂基体的改性研究  27-47
  3.1 引言  27
  3.2 导热填料的处理  27-32
    3.2.1 CNTs分散剂的选择  27-30
    3.2.2 ZnOw的表面改性  30-31
    3.2.3 CNTs/ZnOw混合填料添加比例的确定  31-32
  3.3 改性Ep树脂体系研究  32-39
    3.3.1 CNTs含量对Ep树脂导热性能的影响  32-33
    3.3.2 CNTs含量对Ep树脂力学性能的影响  33-34
    3.3.3 CNTs对Ep树脂热稳定性的影响  34-35
    3.3.4 CNTs/ZnOw含量对Ep树脂导热性能的影响  35-36
    3.3.5 CNTs/ZnOw含量对Ep树脂力学性能的影响  36-37
    3.3.6 CNTs/ZnOw对Ep树脂热稳定性能的影响  37-38
    3.3.7 CNTs/ZnOw/Ep树脂断面形貌分析  38-39
  3.4 改性CE树脂体系研究  39-46
    3.4.1 CNTs含量对CE树脂导热性能的影响  39-40
    3.4.2 CNTs含量对CE树脂力学性能的影响  40-41
    3.4.3 CNTs对CE树脂热稳定性的影响  41-42
    3.4.4 CNTs/ZnOw含量CE树脂导热性能的影响  42
    3.4.5 CNTs/ZnOw含量CE树脂力学性能的影响  42-43
    3.4.6 CNTs/ZnOw对CE树脂热学性能的影响  43-45
    3.4.7 CNTs/ZnOw/CE树脂断面形貌分析  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章沥青基碳纤维复合材料制备及分析  47-58
  4.1 引言  47
  4.2 沥青基碳纤维表面特点分析  47-51
    4.2.1 沥青基碳纤维表面XRD分析  47-48
    4.2.2 沥青基碳纤维表面形貌分析  48-49
    4.2.3 沥青基碳纤维表面结构分析  49-51
  4.3 PCF增强Ep树脂基复合材料的制备及性能表征  51-54
    4.3.1 导热性能  51
    4.3.2 力学性能  51-52
    4.3.3 热学性能  52-53
    4.3.4 断面形貌  53-54
  4.4 PCF增强CE树脂基复合材料的制备及性能表征  54-57
    4.4.1 导热性能  54
    4.4.2 力学性能  54-55
    4.4.3 热学性能  55-56
    4.4.4 断面形貌  56-57
  4.5 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-64
致谢  64

与沥青基碳纤维相匹配树脂体系及其导热性能研究

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