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碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料的制备及力、热性能影响机理

作　者: 陈金玉
导　师: 张明艳
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 环氧树脂 多壁碳纳米管 力学性能 热性能
分类号: O633.13
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 35次
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内容摘要


环氧树脂因其优异的综合性能而被广泛应用于航空、建筑、机械、电子等领域。然而环氧树脂固化物脆性大的缺点，在一定程度上限制了它在某些高新技术领域的应用，因此环氧树脂的增韧改性一直是国内外研究的热门课题。碳纳米管独特的一维中空管状结构赋予了它很高的弹性、强度和模量，被人们认为是21世纪最有前途的增强材料。近年来针对环氧树脂的增韧和提高耐热性方面人们已做了大量的研究工作，然而在碳纳米管的长径比和功能化方式对环氧树脂性能影响方面的报道尚不多见。本文选取两种不同长径比的碳纳米管MWCNTs1020和MWCNTs4060（角标代表两种碳纳米管的直径分别为10-20nm，40-60nm）对环氧树脂进行改性，通过羧基功能化和环氧基功能化对碳纳米管进行表面修饰，并通过溶液共混法制备C-MWCNTs1020/EP、C-MWCNTs4060/EP、E-MWCNTs4060/EP三种环氧树脂纳米复合材料（C-表示羧基功能化，E-表示环氧基功能化），利用扫描电镜SEM表征功能化处理前后的MWCNTs在丙酮中的分散情况。用简支梁冲击仪对复合材料的冲击强度进行测试，分析了碳纳米管增韧环氧树脂的机理。对三种杂化材料的弯曲模量、弯曲强度进行了表征。同时研究了碳纳米管的长径比和功能化方式对环氧树脂热性能的影响。实验结果显示，经过环氧基功能化处理的碳纳米管比羧基功能化碳纳米管在溶剂中分散性更好；在本研究的掺杂量下无论采用何种长径比的碳纳米管，都能在一定程度上提高环氧树脂的力学性能和热性能。当碳纳米管掺杂量在0-0.6wt%范围内时，小直径碳纳米管更有利于试样力学性能的提高，当C-MWCNTs1020掺杂量为0.6wt%时其冲击强度较未掺杂EP提高54.9%。而当碳纳米管掺杂量在0.6wt%-1.0wt%时大直径碳纳米管更有利于试样力学性能的提高，当C-MWCNTs4060掺杂量为0.8wt%时其冲击强度较未掺杂EP提高60.8%。碳纳米管的功能化方式对环氧树脂的性能有较大影响，在碳纳米管掺杂量相同时E-MWCNTs4060/EP的力学性能和热性能均优于C-MWCNTs4060/EP。

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 杂链聚合物 > 链上含氧的聚合物 > 环氧树脂
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