氨基化碳納米管增強環(huán)氧樹脂及其碳纖維復合材料的制備研究.pdf

1、碳纖維環(huán)氧樹脂基復合材料由于其高強高模、密度低等特點，已經廣泛應用于航天航空、汽車制造、運動器材等領域。然而，韌性低、橫向力學性能差、界面性能差、層間易剝離，使得碳纖維復合材料的應用產生局限性。碳納米管由于其優(yōu)異的力學性能及化學穩(wěn)定性，通過增強樹脂基體可以提高基體的模量和韌性，同時加強碳纖維與樹脂間的界面結合，提高復合材料界面性能。然而，由于碳納米管在樹脂基體中的分散性差，導致其難以發(fā)揮增強體的作用，影響復合材料的性能。通過對碳納米管的

2、表面改性可以提高其在樹脂中的反應性及分散性，提高其與樹脂的相容性。
　　本文從碳納米管的表面結構設計出發(fā)，將兩種胺類化合物(EDA和DETDA)接枝到碳納米管表面。將表面改性的兩種氨基化碳納米管分散在DGEAC/DETDA環(huán)氧樹脂基體中，通過不同氨基化碳納米管在樹脂基體中的分散性，環(huán)氧樹脂固化動力學表征對氨基化碳納米管與環(huán)氧樹脂基體的適配性做出研究，為碳納米管增強碳纖維樹脂基復合材料的設計提供基礎。之后制備了MWCNTs-NH2/

3、T700碳纖維多尺度增強單向復合材料。選擇適配的氨基化碳納米管/環(huán)氧樹脂體系，通過溶劑法制備MWCNTs-DETDA/T700碳纖維預浸料并制備了復合材料層合板。此外，本文還對氨基化碳納米管在不同環(huán)氧固化劑體系中的固化動力學進行研究，通過預固化過程使得MWCNTs-NH2/環(huán)氧樹脂復合材料的性能得到提高。
　　本文將兩種胺類化合物接枝到碳納米管表面，表征結果表明，MWCNTs-EDA的接枝率比MWCNTs-DETDA高，兩種氨基化

4、碳納米管在乙醇中的分散性較MWCNTs-COOH均有改善。將改性后的碳納米管加入DGEAC/DETDA樹脂體系中，MWCNTs-DETDA的分散穩(wěn)定性更好。固化動力學研究表明，兩種氨基化碳納米管與樹脂基體發(fā)生反應，在反應初期促進環(huán)氧樹脂的固化反應。同時，加入0.5wt％MWCNTs-DETDA的樹脂體系玻璃化溫度及彎曲性能較MWCNTs-EDA體系相比提高更多。表明MWCNTs-DETDA與DGEAC/DETDA體系有更優(yōu)異的適配性。兩

5、種碳納米管加入樹脂基體中，制備得到MWCNTs-NH2/T700碳纖維/環(huán)氧樹脂復合材料的層間剪切強度及彎曲強度都有提高，其中MWCNTs-DETDA/T700/環(huán)氧樹脂彎曲性能提升更高。選擇適配的氨基化碳納米管/環(huán)氧樹脂基體，通過溶劑法制備了MWCNTs-DETDA/T700/環(huán)氧樹脂碳纖維預浸料，最終制備得到復合材料層合板的界面性能及彎曲性能均有很大程度的提高。
　　固化動力學研究表明，氨基化碳納米管在低活性固化劑樹脂體系中降