多壁碳納米管-乙烯基酯樹脂復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)作為準(zhǔn)一維納米結(jié)構(gòu)材料,具有獨(dú)特的物理性能和機(jī)械性能,如極高的強(qiáng)度、剛度、彈性模量及優(yōu)異的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能,這使其成為高性能聚合物基復(fù)合材料理想的增強(qiáng)材料。然而碳納米管所具有的高長徑比和極大的比表面積導(dǎo)致其極易團(tuán)聚,且由于其本身固有的表面惰性和不溶解性,很難分散在溶液和聚合物基體中,阻礙了碳納米管在聚合物基復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用。目前針對碳納米管／乙烯基酯樹脂復(fù)合材料的研究還十分有限。尋找合適的方法使碳納米管以納米尺度均勻

2、分散在乙烯基酯樹脂基體中,是制備高性能碳納米管／乙烯基酯樹脂基復(fù)合材料的關(guān)鍵問題。
　　 研究發(fā)現(xiàn)對碳納米管進(jìn)行表面化學(xué)改性,是使其在聚合物基體中實(shí)現(xiàn)較好分散的有效途徑。因此,本文采用硫酸和硝酸混合體系在溫和的條件下對多壁碳納米管(MWCNTs)進(jìn)行處理,以減少對碳納米管基本結(jié)構(gòu)的破壞,并在碳納米管表面生成大量羧基基團(tuán)(-COOH)。然后再通過甲基丙烯酸縮水甘油酯與羧基之間的親核開環(huán)反應(yīng),實(shí)現(xiàn)了碳納米管的甲基丙烯酸酯化(MWCN

3、Ts-GMA)。對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征,并對其分散性與相容性進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,甲基丙烯酸酯化碳納米管的分散性與相容性均有較大提升。
　　 碳納米管乙烯基酯樹脂體系的固化行為對其固化物的物理及力學(xué)性能有重要的影響。采用DSC法研究了添加改性和未改性碳納米管對乙烯基酯樹脂自由基聚合反應(yīng)固化行為的影響。結(jié)果表明,碳納米管加入后增加了乙烯基酯樹脂固化反應(yīng)的活化能,固化度有所降低,這表明碳納米管的加入對乙烯基酯樹脂自由基聚合反應(yīng)存在一定

4、的阻礙作用。通過添加另一中溫引發(fā)劑過氧化苯甲酰(BPO)補(bǔ)償碳納米管對自由基的籠蔽作用后,固化反應(yīng)活化能降低,固化度提高。
　　 分別將MWCNTs、MWCNTs-COOH和MWCNTs-GMA通過原位聚合法制備多壁碳納米管／乙烯基酯樹脂基(MWCNTs／VER)納米復(fù)合材料,透射電鏡(TEM)結(jié)果表明,表面接枝改性后的碳納米管(MWCNTs-GMA)更易于分散在乙烯基酯樹脂基體中,由于表面改性提高了碳管與基體樹脂之間的相容性并

5、形成了較好的界面粘結(jié),從而提高了乙烯基酯樹脂的強(qiáng)度、韌性、動(dòng)態(tài)力學(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱穩(wěn)定性。
　　 分別添加MWCNTs和MWCNTs-GMA到乙烯基酯樹脂基玻璃纖維復(fù)合材料層合板中,結(jié)果表明,添加碳納米管對玻璃纖維增強(qiáng)乙烯基酯樹脂復(fù)合材料層合板層間剪切及縱向壓縮強(qiáng)度的改善顯著,熱穩(wěn)定性也有所提高,尤其是MWCNTs-GMA的加入增強(qiáng)效果更加明顯。相對而言,添加碳納米管對層合板的拉伸性能和彎曲性能影響并不明顯。這表明碳納米