乳膠技術(shù)制備VGCNF-水性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料及性能研究.pdf

1、為了更好地利用水性環(huán)氧樹(shù)脂(WEP)不需要有機(jī)溶劑、良好的耐化學(xué)品性、環(huán)境友好、方便、安全等優(yōu)點(diǎn)，克服其力學(xué)性能、導(dǎo)電性能等方面的不足，本文利用物理性能優(yōu)異、成本較低的氣相生長(zhǎng)納米碳纖維(VGCNF)為填料，制備VGCNF/WEP復(fù)合材料，以期擴(kuò)大水性環(huán)氧樹(shù)脂的應(yīng)用范圍和為VGCNF在WEP中的應(yīng)用提供參考。
　　 由于范德華力作用和靜電吸引導(dǎo)致成百上千根VGCNF牢牢地團(tuán)聚在一起，且VGCNF表面惰性，與水性環(huán)氧樹(shù)脂的結(jié)合能力

2、較弱，直接將其與水性環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合，難以發(fā)揮VGCNF的優(yōu)異力學(xué)性能和電性能等。因此，能否解決VGCNF易團(tuán)聚以及與水性環(huán)氧樹(shù)脂基體界面粘合力較差的問(wèn)題是本論文必須面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題。
　　 非離子表面活性劑TritonX-100(TX100)常常用來(lái)分散VGCNF，分散效果好而且它不會(huì)破壞VGCNF外壁石墨烯結(jié)構(gòu)，但是，它的分子量只有650g.mol.l，在復(fù)合材料中類似增塑劑起到增塑效果，同時(shí)，它在加工和使用過(guò)程中會(huì)遷移到界面處形

3、成弱邊界層，從而影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。為此，本文通過(guò)擴(kuò)鏈劑甲基二異氰酸酯(TDI)的架橋作用，將環(huán)氧樹(shù)脂(EP)分子引入TX100分子上，得到的EP-TDI-TX100,希望EP-TDI-TX100可以用來(lái)分散VGCNF，減少TX100的用量，同時(shí)該分子上的環(huán)氧基團(tuán)能與固化劑反應(yīng)，最終被固定在環(huán)氧樹(shù)脂的三維網(wǎng)絡(luò)中不能發(fā)生遷移。利用傅里葉變換紅外光譜(FTIR)、核磁共振波譜(NMR)、可見(jiàn)紫外分光光譜、拉曼光譜、透射電鏡(TEM)、

4、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FE-SEM)對(duì)EP-TDI-TX100的分子結(jié)構(gòu)和它分散VGCNF效果進(jìn)行考察。結(jié)果表明，成功制備了EP-TDI-TX100;以它為分散劑在水中分散VGCNF的效果顯著，懸浮液中VGCNF最大濃度可達(dá)0.64mg.mL-l，分散效率明顯高于TXIOO。
　　 采用乳膠技術(shù)制備了VGCNF/WEP復(fù)合膜，考察了EP-TDI-TX100對(duì)復(fù)合膜的力學(xué)性能、電學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)EP-TDI-TX100處理過(guò)的V

5、CGNF能均勻地分散在WEP中;EP-TDI-TX100處理過(guò)的VCGNF制備的VGCNF/WEP拉伸強(qiáng)度和拉伸模量都在VGCNF質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4％處達(dá)到最大值，相比未經(jīng)過(guò)EP-TDI-TX100處理的VGCNF/WEP復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和拉伸模量分別高出38.8％和27.8％;復(fù)合膜的滲濾閾值顯著降低，導(dǎo)電性能得到了明顯提高。
　　 采用乳膠技術(shù)制備了VGCNF/WEP泡沫，對(duì)利用EP-TDI-TX100處理后制備的VGCNF質(zhì)量

6、分?jǐn)?shù)為1.0％的VGCNF/WEP泡沫的玻璃化溫度、壓縮性能、形狀恢復(fù)行為、導(dǎo)電性能進(jìn)行了考察。在此基礎(chǔ)上，研究了循環(huán)次數(shù)對(duì)不同壓縮應(yīng)變下的恢復(fù)后的泡沫的電導(dǎo)率影響進(jìn)行了考察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加了VGCNF之后泡沫的玻璃化溫度下降了12℃;具有很好的形狀恢復(fù)性能;80％應(yīng)變處壓縮強(qiáng)度分別提高了49％;電導(dǎo)率提高了10個(gè)數(shù)量級(jí);同時(shí)還發(fā)現(xiàn)大的壓縮應(yīng)變會(huì)導(dǎo)致泡壁斷裂使得有VGCNF形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被破壞，80％壓縮應(yīng)變以下，經(jīng)過(guò)4次熱機(jī)械循環(huán)電導(dǎo)