碳納米管織構(gòu)體及復(fù)合材料的研究.pdf

1、本文以碳納米管的宏觀化和織構(gòu)化為目標，主要研究了納米碳管連接體的化學(xué)法制備、納米碳管復(fù)合纖維的靜電紡織和表面功能化納米碳管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)和性能。 在納米碳管連接體的化學(xué)法制備研究中，利用納米碳管端口和側(cè)壁原子鍵合的不飽和性在其表面進行不同的基團嫁接，后通過這些嫁接基團之間的反應(yīng)實現(xiàn)納米碳管之間的共價鍵連接，將短的納米碳管組裝成納米碳管連接體甚至碳納米管網(wǎng)絡(luò)。主要實驗途徑分為還原法和連接分子法兩種，后者相比前者具有

2、明顯的優(yōu)越性。對乙二醇、1，4-丁二醇、己二胺、DDM等多種連接分子的使用效果進行了，發(fā)現(xiàn)己二胺具有最好的連接效果。在樣品中發(fā)現(xiàn)了“T”型、“Y”型、平行型和端連型的碳納米管連接方式，分別對應(yīng)著碳納米管的端部和側(cè)壁的不同組合連接方式。還發(fā)現(xiàn)了多根碳納米管的共點連接和數(shù)根碳納米管在不同部位之間的反復(fù)交叉連接，這些連接方式的連接強度明顯較強。一根碳納米管在很多情況下都會和不同碳納米管之間發(fā)生連接，這種情況的推演就導(dǎo)致了樣品中觀察到了很多二維

3、尺度都在微米和微米以上級的碳納米管連接體網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)。 納米碳管/PVA復(fù)合織物的靜電紡織法是一種新的嘗試。研究中發(fā)現(xiàn)PVA/CNT復(fù)合纖維紡絲母液的制備方法和濃度、噴絲頭和收集介質(zhì)之間的距離(C-S D)、電壓、噴嘴直徑、紡絲射流噴射角度以及收集方式和介質(zhì)對所得樣品的質(zhì)量和參數(shù)都有比較大的影響。纖維的直徑、形狀、樣品中發(fā)珠的含量、大小和形狀等參數(shù)以及產(chǎn)率等都會受到上述因素的影響。使用先制備CNT的水分散液，再制備PVA/CNT溶

4、液的CNT-PVA/CNT路徑，PVA和碳納米管的濃度分別控制在10wt％左右和1～2wt％，C-S D控制在15～20cm之間，電壓在70～110kv，選用直徑在1.2mm以上的不銹鋼針頭，使用鐵絲網(wǎng)作為收集介質(zhì)可以得到組織均勻、發(fā)珠較少，纖維平直、連續(xù)、直徑均一的碳納米管/PVA復(fù)合無紡布材料。 報告中還對表面功能化納米碳管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)表征進行了研究。通過對不同表面功能化的碳納米管(包括原料碳納米

5、管、羧化碳納米管、與乙二胺進行一次反應(yīng)的碳納米管、與乙二胺進行二次反應(yīng)的碳納米管和與DDM進行一次反應(yīng)的碳納米管)為增強體的復(fù)合材料的性能和結(jié)構(gòu)比較，發(fā)現(xiàn)不同的功能化方式對復(fù)合材料的性能(包括的貯能模量、玻璃化溫度和內(nèi)耗因子Tand等)的影響迥然不同，對碳納米管的分散程度和所起的強韌化作用也有影響。與乙二胺進行一次反應(yīng)的碳納米管在各種功能化碳納米管中是最為理想的增強體材料，其復(fù)合材料試樣的貯能模量和玻璃化溫度隨碳納米管含量的增加基本都呈