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纤维表面原位生长碳纳米管三维增强体的制备及应用

作　者: 金磊
导　师: 李春忠；张玲
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 碳纳米管 石英纤维布 层间剪切强度 电导率 化学气相沉积
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


纤维增强复合材料正越来越多的被作为结构材料应用于航空和风力发电行业,碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)原位复合纤维有望制得高性能、良好电导率的纳米复合材料。本论文通过化学气相沉积(CVD)法分别在碳纤维(CFs)和石英纤维布(QFCs)表面原位生长了不同形貌的CNTs,并对复合纤维改性的环氧复合材料的界面粘结、层间剪切强度和导电性能进行了研究,获得了很多有价值的信息,主要结果如下：1.利用CVD法在CFs表面原位生长CNTs。通过对催化剂种类、催化剂浓度、碳源浓度、反应温度及反应时间的研究,得出当催化剂为Ni(NO3)2和Co(NO3)2时,生成的产物为CNTs；当催化剂为NiS04时,生成的产物为螺旋碳纳米纤维(carbon nanocoils, CNCs)。当0.1 mol/L Co(NO3)2作催化剂、反应温度为650℃、C2H2/Ar流量之比为1/10时,生成的CNTs直径小、分布均匀,产物杂质最少。随着反应时间的延长,CNTs能够均匀生长于CFs表面。2.采用CVD法在QFCs表面均匀生长了一层不同形貌的CNTs,实现了QFCs-CNTs三维增强体的可控制备。结果表明,当QFCs垂直放置、催化剂浓度为0.1mol/L、反应温度为650℃时,生长的产物为定向CNTs, CNTs为多壁碳纳米管且石墨化程度较好。随着反应时间的延长,QFCs表面生成的CNTs含量增加。单丝拔出实验表明CNTs的加入提高了QF和环氧基体间的界面作用力,当CNTs生长时间为60 min,QF-CNTs/环氧树脂基体间的界面剪切强度比QF/环氧树脂基体间的提高12%,并提出了相应的增强机理模型。3.利用VARTM技术制备了QFCs-CNTs三维增强体改性的环氧复合材料。脆断后样品的FESEM照片表明定向CNTs均匀分布于QFCs表面,CNTs的存在改善了QFCs与环氧基体的界面结合。QFCs-CNTs三维增强体改性的环氧复合材料的层问剪切强度比QFCs改性的环氧复合材料提高了16.5%。当CNTs生长时间从3 min延长到60 min时,QFCs-CNTs三维增强体改性的环氧复合材料的平面内电导率提高了2个数量级,平面外电导率提高了3个数量级。

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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