溶剂对碳纳米管_环氧树脂复合材料力热性能的影响
碳纳米管增强高分子复合材料的制备与性能研究
碳纳米管增强高分子复合材料的制备与性能研究近年来，碳纳米管在纳米材料领域中的研究备受关注。
碳纳米管具有优异的力学性能和导电导热性能，因此被广泛应用于高分子复合材料中，以提高材料的力学性能和导电导热性能。
碳纳米管增强高分子复合材料的制备方法多种多样，常见的有机溶剂浸渍法是其中之一。
首先，将制备好的碳纳米管和高分子溶解在一个合适的有机溶剂中，然后通过浸渍法将碳纳米管均匀地分散到高分子溶液中。
接下来，将浸渍后的高分子溶液均匀涂覆在基底上，通过烘干和固化过程，得到碳纳米管增强高分子复合材料。
在制备过程中，选择合适的有机溶剂对于高分子复合材料的制备至关重要。
有机溶剂的选择应考虑溶解能力、挥发性和环境友好等因素。
此外，还需要控制浸渍速度和干燥温度，以保证碳纳米管的均匀分散和高分子基体的固化。
碳纳米管的添加可以有效提高高分子复合材料的力学性能。
由于碳纳米管的高强度和优异的刚度，能够有效地增加材料的强度和刚性。
同时，碳纳米管的高导热性能也可以大幅度提高材料的导热性能，适用于热导材料的制备。
除了力学性能和导热性能的提高外，碳纳米管的添加还可以改善高分子材料的电性能。
碳纳米管具有优异的导电性能，在高分子复合材料中能够形成导电网络结构，提高材料的导电性能和导电稳定性。
然而，碳纳米管增强高分子复合材料仍存在一些挑战和难题需要解决。
首先，碳纳米管的团聚和析出是制备过程中的常见问题，对材料的性能稳定性产生影响。
其次，在制备过程中，需要找到合适的方法使碳纳米管均匀分散于高分子基体中，以避免局部强化现象。
此外，碳纳米管的添加量和分散状态对于复合材料性能的影响也需要深入研究。
过高浓度的碳纳米管添加可能导致材料的变形和断裂，而过低浓度则不能显著提高材料性能。
因此，需要进一步优化碳纳米管的添加量和分散状态，以实现最佳的强化效果。
综上所述，碳纳米管增强高分子复合材料具有巨大的应用潜力。
通过选择适当的制备方法和优化碳纳米管的添加量和分散状态，能够实现材料的力学性能、导热性能和电性能的全面提升。
碳纳米管-连续碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究
碳纳米管/连续碳纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究赵东林乔仁海沈曾民（北京化工大学可控化学反应科学与技术基础教育部重点实验室，碳纤维及复合材料研究所北京 100029）摘要：用竖式炉流动法，以二茂铁为催化剂，硫为助催化剂，苯为碳源制备了碳纳米管。
用T300连续碳纤维和多壁碳纳米管为增强体，环氧树脂为基体，制备了单向碳纤维与碳纳米管增强的树脂基复合材料，并研究了复合材料的力学性能，碳纤维的体积分数为60％。
基体中碳纳米管含量为0时，复合材料的断裂强度为1430Mpa，模量为118GPa；基体中碳纳米管含量为1wt％时，复合材料的断裂强度为1450MPa，模量为166GPa；基体中碳纳米管含量为3wt％时，复合材料的断裂强度为1780MPa，模量为164GPa；基体中碳纳米管含量为5wt％时，复合材料的断裂强度为1120MPa，模量为126GPa。
基体中碳纳米管含量为3wt％时，复合材料的力学性能最好。
关键词：碳纳米管，连续碳纤维，复合材料1 引言自1991年Iijima发现碳纳米管以来[1]，碳纳米管引起人们的广泛关注，成为化学、物理和材料等科学领域的研究热点。
制备碳纳米管的方法主要有石墨电弧法(又称直流电弧法)、催化裂解法、激光蒸发石墨棒法、热解聚合物法、火焰法、离子(电子束)辐射法、电解法、模型碳化等[2-9]，其中以Fe、Co、Ni等金属为催化剂，催化裂解碳氢化合物制备碳纳米管的方法，使碳纳米管的工业化生产成为可能。
碳纳米管多种多样的形状和结构，使其具有许多潜在的应用价值，如用于材料的增强、一维量子导线、半导体材料、催化剂载体、分子吸收剂、隧道扫描和原子力显微镜的探头等。
碳纳米管具有管径小、长径比大的特点，直径在几十纳米以内，管的轴向长度为微米至厘米量级，是目前最细的纤维材料，这种独特的结构使碳纳米管具有优异的力学性能和独特的电学性能。
实验表明，单根多层碳纳米管杨氏模量平均为1.8 TPa，弯曲强度达14.2GPa[10]。
碳纳米管／环氧耐热复合材料性能研究
综合性能最优 ， 面电阻率 和体积 电阻率分别下降 了 ９—１ 表 ０个数量级 ， 剪切强度提 高了 １ ．３ ， ２ ３ ％ 当老化 时间达到 ２ ０ｈ 复合材 料重 ０ ， 量保持率仍有 ９ ％ 。制得的复合 材料能够 用于耐热胶粘 剂和防静 电材 料。 ０
环 氧树 脂 （ ｐｘ ｅｉ， Ｒ） 有 粘 接 性 强 、 用 面 广 、 缩 ｅｏｙｒｓ Ｅ 具 ｎ 适 收
率低等 突出性能 Ｊ广泛应用 于复合材料 、 ， 涂料 、 粘剂等领域 。 胶 但环氧树脂 同时也存在拉伸强度不 高 、 固化 物较脆 等不足 ， 大 极 地 限制 了其 应用 。碳纳米管 （ａｂｎｎ ｎｔｂｓ Ｃ Ｔ ） １９ 年 ｃｒｏ ａｏ ｅ ， Ｎ ｓ是 ９ １ ｕ 发现 的新型纳米材 料 Ｊ具 有超高 的力学 、 ， 电学和 热学性 能 Ｊ ， 碳 纳米管 的物理 、 化学 性能 及其应 用研究 是 当前 国 内外科 学研 究 和工程技术领域 的重要前沿课题 。将 碳纳米管 均匀分散 于聚 合物之 中 ， 往往能够大幅度提高聚合物基体 的各种性能 ｊ碳纳 ， 米管／ 环氧树脂复 合材 料 具有 突 出的综 合 性 能， 成为 了碳纳 米 管／ 聚合物纳米复合材料 研究 热点 之 一 。本 文研 究 了碳 纳 米管／ 环氧树脂复合材 料电性 能 、 热氧老 化性 能和 粘接性 能 ， 结 果 发 现 ， 纳 米 管 的 加 入 极 大 地 提 高 了环 氧 树 脂 的 导 电 性 能 、 碳 剪
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｃ ｒ ｏ ａ ｔ ｂ ｓ ｐ ｘ ｅ ｉ ａ ｂ ｎ ｎ ｎｏｕ ｅ ；ｅ ｏ ｙ ｒ ｓｎ；ｃ ｎ ｕ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｙ；ａ ｉ ｅ ａ ｉｒ ｄ ｅ ｉｅ ｐ ｏ ｅ ｙ ｏ ｄ ｃｉ ｒ ｐ ｒ ｖ ｔ ｇｎｇ ｂ ｈ ｖ ｏ ；ａ ｈ ｓｖ ｒ ｐ ｒ ｔ
环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究
环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究环氧树脂导热复合材料是一种具有优异导热性能的新型材料，具有广泛的应用前景。
它主要由环氧树脂基体和导热填料组成，通过控制填料的种类和含量以及制备工艺，可以调控其导热性能。
本文将对环氧树脂导热复合材料的制备与性能进行研究，以期为其应用提供参考。
首先，环氧树脂在导热复合材料中的选择是关键。
一般来说，具有低粘度、高固化度和高导热性能的环氧树脂对制备导热复合材料更加有利。
可以通过改变环氧树脂的配方以及添加反应性稀释剂来调整其粘度和固化度。
同时，可以通过改变环氧树脂的交联密度来增强其热稳定性。
其次，导热填料的选择也是制备导热复合材料的关键。
常用的导热填料有金属粉末、陶瓷粉末和纳米颗粒等。
金属粉末具有较高的导热性能，但容易导致复合材料的密度增大；陶瓷粉末导热性能较低，但具有良好的耐高温性能；纳米颗粒具有较高的比表面积，可以增强导热性能。
因此，在制备导热复合材料时，需要根据具体应用需求选择合适的导热填料。
制备导热复合材料的方法有多种，包括压制法、注射法、浸渍法等。
其中，压制法是常用的方法之一、通过混合环氧树脂和导热填料，加入适量的固化剂，将混合物放入模具中加热压制，使其固化成型。
另外，在制备导热复合材料时，还可以添加一些助剂，如表面活性剂、增塑剂等，以改善其加工性能和导热性能。
导热复合材料的性能研究主要包括导热性能、机械性能和热稳定性等方面。
导热性能是导热复合材料的核心性能之一，可以通过热导率测试来进行评价。
研究发现，导热填料的类型和含量会对导热性能产生显著影响。
机械性能是导热复合材料的另一个重要性能指标，可以通过拉伸强度、弯曲强度和冲击强度等测试来评价。
热稳定性是导热复合材料在高温条件下的稳定性能，可以通过热重分析和热失重分析来评估。
综上所述，环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究是非常重要的工作。
只有通过合理选择环氧树脂基体和导热填料、优化制备工艺，才能获得具有良好导热性能的导热复合材料。
碳纳米管环氧树脂复合材料的力学、电学性能研究
论文题目：碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学、电学性能研究系别：专业：姓名：指导教师：中文摘要导电高分子材料在电子通信、传感信息、航空航天等领域有着广泛应用。
目前，可导电的高分子分为两种：本征导电高分子和填充导电相的复合材料。
由于填充导电相的复合材料在力学性能、制备工艺、导电效果上的优势，实际中应用的导电高分子一般都是填充型的复合材料。
本实验立足于航空应用和工业应用情况，尝试研究在环氧树脂中添加碳纳米管的力学和电学性能，试图合成集导电性能和力学性能于一身的结构功能一体化材料。
本文研究的碳纳米管/环氧树脂复合材料是导电复合材料中研究较多的材料体系。
实验中为了降低体系的黏度，方便搅拌和固化成型，使用50wt%环氧稀释剂669混合E44环氧树脂作为基体。
固化剂选择了常用的甲基四氢苯酐，同时添加了促进剂DMP-30，实验中采用的分散方法是普通的搅拌和超声分散。
实验结果显示，碳纳米管的加入大大增加了材料的力学性能。
抗弯强度从81.72MPa增大到了130MPa，增加了60%左右。
同时碳纳米管加入后起到了增韧作用，材料的韧性明显提高。
比较不同浓度下的抗弯强度可以发现，碳纳米管的浓度变换对复合材料的整体抗弯强度影响并不大。
从扫描电镜照片来看，本实验制备的碳纳米管/环氧树脂复合材料的分散性并不好，碳纳米管呈现聚集分布。
在电学性能上，由于碳纳米管的分散不够，导致材料的电导率偏低。
阻抗分析显示，渗流阈值在0.50wt%以上。
在碳纳米管分散性较好的情况下，由于碳纳米管的长径比较大，渗流阈值一般在0.1wt%以下。
在介电性能方面，本实验发现碳纳米管可以显著增加材料在低频下的相对介电常数。
关键词：碳纳米管；环氧树脂；复合材料；阻抗；抗弯强度ABSTRACTConducting polymer has widely application in electrocommunication, sensor and aerospace. It can be divided into intrinsic conducting polymer and conductive filled polymer composite. Due to the good performance of conductive filled polymer composite in mechanical property, preparation technology and conductivity, the composites have been used in reality. This research is based on application in aerospace and industry and try to find out the relationship between composites property and carbon nanotubes concentration. I am trying to produce a new material with good resistance to bending performance and high conductivity.The CNT/epoxy resin composites has been widely studiedin laboratory. In order to reduce the viscosity of the liquid and solidify easily, we use 50wt% 669 and 50wt% E44 as the matrix. Curing agent use MTHPA and accelerator use DMP-30.The result shows carbon nanotubes can improve the mechanical property greatly. The bending strength arises from 81.72MPa to 130MPa, nearly 60%. What’s more, carbon nanotubes can improved its toughness. Comparing to data, the bending strength doesn’t changed much with the concentration.From the SEM picture, carbon nanotubes do not spread well into the composites. As for its electrical property, conductivity is very low since the nanotubes have obvious agglomeration. From the data, percolation threshold is above 0.5wt% which is very high compared to 0.1wt% when the nanotubes are well-dispersed. We also find that the relative permittivity is greatly improved by adding carbon nanotubes into the polymer matrix.Key words: carbon nanotubes; epoxy; composites; impedance; bending strength目录第1章绪论 (1)1.1 研究背景 (1)1.1.1 本征型导电聚合物 (1)1.1.2 复合型导电聚合物 (1)1.2 研究现状 (3)1.2.1 导电机理研究进展 (3)1.2.2 碳纳米管/聚合物复合材料研究进展 (6)1.3 本实验的意义和内容 (9)第2章实验部分 (10)2.1 实验器材 (10)2.2 实验药品 (10)2.3 实验方案与流程 (10)2.3.1 复合材料制备方案 (10)2.3.2 力学性能测试 (11)2.3.3 电学性能测试 (12)2.3.4 SEM观察 (12)第3章实验结果与讨论 (13)3.1 碳纳米管的扫描电镜照片 (13)3.2 碳纳米管在环氧树脂中的分布情况 (14)3.3 碳纳米管/环氧树脂的三点弯曲性能 (17)3.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料的断口SEM照片 (18)3.5 碳纳米管/环氧树脂复合材料的阻抗分析 (20)3.6 碳纳米管/环氧树脂复合材料的介电性能 (22)第4章结论与展望 (24)4.1 实验结论 (24)4.2 研究总结与展望 (24)插图索引 (25)参考文献 (26)第1章绪论1.1 研究背景随着现代社会发展，高分子材料在光电子、传感器、电磁屏蔽、防静电、能源等领域都要求具有一定甚至较好的导电性。
改性碳纳米管对环氧树脂基复合材料热性能和力学性能的影响_谢璠
本文 对 MWCNT 进 行 热 处 理 后， 再 在 体 积 比 为 3 1∶ 的 浓 硫 酸 和 浓 硝 酸 的 混 酸 中 进 行 处 理，使 MWCNT 表面接上一定量的羟基和羧基，然后在超声分 散作用下，采用模具浇注法制备了 MWCNT / 环氧树脂复 合材料，对复合材料的力学性能和热学性能进行了研 究，为碳纳米管的进一步改性提供了可靠的依据。
首先，将 MWCNT 分散在适量的丙酮中，用超声 波法使其分散均匀，加入环氧树脂后再用细胞粉碎仪 进行分散，加入适量的固化剂并搅拌均匀，再放入真 空干燥箱内连续抽真空，2 h 后，将其倒入模具中， 70 ℃ 固化 6 h，150 ℃ 固化 1 h。 1. 4 测试与表征 1. 4. 1 红外光谱分析 （ FTIR）
Tab 1 Tg and TID of pure EP and different MWCNT / EP composites
试样 纯 EP 0. 5% S-CNT 1% S-CNT 1. 5% S-CNT 2% S-CNT
Tg 107. 3 117. 9 126. 8 147. 2 150. 9
1 实验部分
1. 1 实验原料 环氧树脂： E-51，环氧值 0. 52，工业级，蓝星
新材料无锡树脂厂； 2 － 甲基 － 4 － 乙基咪唑 （ 2，4EMI） ： 国药集团化学试剂有限公司； 多壁碳纳米管 （ MWCNT） ： 长度 10 μm，直径＞50 nm，深圳纳米港 有限公司； 丙酮： 分析纯，天津市富宇精细化工有限 公司； 浓硫酸： 96% ～ 98% ，分析纯，北京市大兴区
Keywords： Epoxy Resin； Carbon Nanotubes； Surface Modification； Composites
多壁碳纳米管_环氧树脂复合材料的制备及性能研究_胡超
图 2 MWCNT 含量与 MWCNT/EP 复合材料体积电阻率的关系 Fig. 2 Relationship between MWCNT content and volume resistivity of MWCNT/EP composites
· 70 ·
化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials
导电高分子复合材料是将导电填料加入到单 一或多相聚合物中并以一定方式复合而成的功能 性 高 分 子 材 料， 具 有 导 电 性 好、 质 轻、 耐 腐 蚀 等 优点
[1]
研究发现，由于 MWCNT 自身具有良好的柔韧性， 所以当复合材料受到应力时 MWCNT 可以吸收一 部 分 能 量， 从 而 提 高 复 合 材 料 的 冲 击 强 度。 本 实 验采用机械搅拌与超声相结合的方法制备了 MWCNT/EP 导 电 高 分 子 材 料， 使 MWCNT 在 EP 中 均匀分散，并研究了 MWCNT 不同含量对复合材 料电性能、动态力学性能和热稳定性的影响。
· 68 ·
化学推进剂与高分子材料 Chemical Propellants & Polymeric Materials
2015 年第 13 卷第 6 期
多壁碳纳米管 / 环氧树脂复合材料的制备及性能研究
胡超，刘虎，曹晓瀚，代坤，刘春太，申长雨
（郑州大学材料科学与工程学院，橡塑模具国家工程研究中心，河南郑州 4米管 （ MWCNT） 的 MWCNT/环氧树脂 （ EP） 复合材 料。用扫描电镜观察了 MWCNT/EP 复合材料的微观结构，发现 MWCNT 均匀分散在 EP 中。研 究了 MWCNT/EP 复合材料的导电逾渗行为，材料的逾渗值为 0.033% 。分析了复合材料的动态力 学性能，结果表明 MWCNT 的加入提高了 EP 的固化交联程度和韧性，同时复合材料的玻璃化转 变温度也有提高。 关键词 ：环氧树脂；多壁碳纳米管；复合材料；电学性能；动态力学性能 中图分类号 ： TQ317 文献标识码 ： A DOI : 10.16572/j.issn1672-2191.201506013
碳纳米管增强复合材料的制备与力学性能
碳纳米管增强复合材料的制备与力学性能随着科学技术的发展，新型材料在各个领域得到广泛应用。
碳纳米管增强复合材料作为一种重要的新型材料，在材料科学与工程领域引起了广泛的关注。
本文将对碳纳米管增强复合材料的制备方法和力学性能进行探讨。
一、碳纳米管的制备方法碳纳米管是一种由碳元素构成的纳米材料，具有极高的强度和导电性能。
制备碳纳米管的方法主要包括化学气相沉积法、电弧放电法和化学还原法等。
其中，化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。
该方法通过将碳源气体在高温下分解或蒸发生成碳原子，并在金属催化剂的作用下，在载体表面上沉积形成碳纳米管。
此外，还可以通过改变实验条件和掺杂其他元素来调控碳纳米管的性质。
二、碳纳米管增强复合材料的制备方法碳纳米管增强复合材料是将碳纳米管与基体材料结合起来，通过复合增强的方式提高材料的力学性能。
制备碳纳米管增强复合材料的方法主要包括原位生长法、注射法和浸渍法等。
原位生长法是将碳纳米管直接生长在基体材料上，具有较好的界面结合强度。
注射法是将碳纳米管溶液注入基体材料中，通过加热或固化使其固化在基体中。
浸渍法是将碳纳米管浸渍在基体材料中，通过干燥和固化使其与基体结合。
三、碳纳米管增强复合材料的力学性能碳纳米管增强复合材料具有很高的力学性能，主要表现在以下几个方面：1. 高强度：碳纳米管具有极高的强度，可以弥补材料基体原有的弱点，从而提高材料的整体强度。
2. 高刚度：碳纳米管的刚度远高于传统的增强材料，可以增加复合材料的刚度，提高其抗弯刚度和抗拉强度。
3. 良好的韧性：碳纳米管增强复合材料具有较高的韧性，能够在承受外力时发生塑性变形而不易断裂。
4. 优异的导电性和导热性：由于碳纳米管具有良好的导电性和导热性，可以应用于电子器件和热管理领域。
综上所述，碳纳米管增强复合材料是一种具有广阔应用前景的新型材料。
通过合理选择制备方法和优化实验条件，可以制备出具有优异力学性能的碳纳米管增强复合材料，为材料科学与工程领域的发展做出贡献。
碳纳米管增强复合材料的力学性能研究
碳纳米管增强复合材料的力学性能研究碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的力学性能和导电性。
随着科技的不断发展，研究人员越来越关注如何利用碳纳米管来增强复合材料的力学性能。
在本文中，我们将探讨碳纳米管增强复合材料的力学性能研究。
首先，我们需要了解碳纳米管的特性以及其对力学性能的影响。
碳纳米管具有轻质、高强度和高刚度的特点，使其成为一种理想的增强材料。
当碳纳米管嵌入在复合材料基体中时，可以显著提高复合材料的强度和刚度。
此外，碳纳米管还具有良好的导电性，使得碳纳米管增强复合材料在电子器件等领域具有广泛的应用前景。
然而，为了更好地利用碳纳米管的增强效果，我们需要深入研究其与复合材料基体的相互作用机制。
近年来的研究表明，碳纳米管与复合材料基体之间的力学耦合效应是影响复合材料力学性能的重要因素之一。
因此，研究人员通过模拟和实验的方法，对碳纳米管增强复合材料进行力学行为的研究。
在模拟方面，研究人员通常利用分子动力学模拟、有限元分析等方法，对碳纳米管增强复合材料的力学性能进行预测和优化。
通过这些模拟方法，研究人员能够探究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制，了解复合材料在不同力学加载下的响应行为，并提出相应的改善策略。
另一方面，实验是验证模拟结果和理论分析的重要手段。
通过制备碳纳米管增强复合材料样品，并进行力学性能测试，研究人员可以直接观察和测量复合材料的力学行为。
例如，拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等可以评估复合材料的强度、刚度和韧性等性能指标。
同时，扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术可以观察和分析复合材料中碳纳米管的分散状态和界面结构。
除了研究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制，我们还需要考虑制备工艺对复合材料力学性能的影响。
研究人员通过改变碳纳米管的添加方法、复合材料基体的制备过程等控制变量，来研究制备工艺对复合材料力学性能的影响。
例如，通过调整碳纳米管的浓度和分散剂对复合材料的性能进行优化。
碳纳米管混杂环氧树脂／T700复合材料的力学性能
Ｉ ｖ ｓｉ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｈａ ｉ ａ ｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｅ ｎ ｅ ｔｇ ｔｏ ｎ ｍ ｃ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔｅ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｏ ｕｂ ｓ
ｈ ｂ ｉ ｐｏ ｙ ｙ ｒ ｄ ｅ ｘ ／Ｔ７ ０ ｃ ｍ ｐ ｓｔ ｓ ０ ｏ ｏ ｉｅ
米复合树脂基体 ， 再与 Ｔ ０ －０炭纤维增强体复合 ， ／ 经模 压成型碳 纳米管混杂多尺度 复合材料 。实验 中， 采用超声工艺使碳纳
米管分散 于环氧树 脂 中， 毛细 管实验和金相显微镜 分析 结果表 明 ， ２ Ｈ 在 ０ｋ ｚ和 ３ ｉ ， 纳米管分散 均 匀， ０ ｍ ｎ时 碳 纳米复合树 脂基体 能够充分浸润纤维增强体。在碳纳米管质量含量为 １ 时， ％ 混杂 多尺 度复合 材料 的弯 曲强度 和层 间剪切 强度 分别
维复 合 材 料 的 弯 曲 强 度 和 层 间 剪 切 强 度 下 降 。
关键词 ： 碳纳米 管； 混杂 多尺度复合材料 ； 声分散 ； 学性 能 超 力
中 图 分 类 号 ： ２８ Ｖ ５ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６２ ９ （ Ｏ １ ０ －７ ９０ １０ －７ ３ ２ ｌ ）６０ ８ － ５
王 柏 臣 ， 周 霞 尹君 山 ，
（ ．沈阳航空航天大学 航空航天工程学部 ， 阳 １０ ３ ；． 宁省 高性 能聚合物基复合材料重点实 验室 ， 阳 １０ ３ ） １ 沈 １６ ２ 辽 １ 沈 １６ １
摘要 ： 了在现有原材料体 系的基础上提 高由树 脂基体 主导的复合 材料 力学性 能 ， 为 将碳纳米管与环氧树脂混合制备 纳
Ｔ７ ０ ｃ ｒ ｎ ｆ ｅ ｓ ｆｂ ｃ ｔｄ ｉ ｒ ｅ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅｍａｒ — ｏ ｎ ｎ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓｏ ｏ ｏ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ ｅ ｉｔ ｇ ｒｗ ０ ａ ｂ ｂ ｒｗａ ａ ｒ ａｅ ｏ ｄ ｒｔ ｉ ｒ ｖ ｈ ｔ ｘ ｄ ｍｉ ａ ｔ ｏ ｉ ｉ ｎ ｏ ｉ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｏ ｅ ｔ ｆ ｍｐ ｉ ｓｂ ｓ ｄ ｏ ｘｓｉ ｐ ｅ ｃ ｔ ｎ ａ ｍａｅ ａｓ ＣＮ ｓ ｅ ｘ ｏ ｉ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｗ ｓｐ ｅ ａ ｅ ｒ ｕ ｈ ａ ｌ ａ ｏ ｎ ｅ ｈ ｉ ｕ ． ｏ ｇ ｎ ｏ ｓｄ ｓ ｅ ｓｏ ｆＣ ｓｉ ｐ ｘ ｔｒｌ ． Ｔ ／ ｐ ｙ ｒｓｎ ｓ ｓ ｅ ｓ ａ ｒ ｐ ｒ ｄ ｔ ｏ ｇ ｎ ｕ ｔ ｉ ｏ ｏ ｈ ｒ ｕ ｄ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ Ａ ｈ ｍｏ ｅ ｅ ｕ ｉ ｒｉｎ ｏ ＮＴ ｎ ｅ ｙ ｓ ｐ ｏ
碳纳米管／环氧树脂复合材料力学性能的研究
２０ ０ ８年 １ ０月
矿 冶 工 程
ＭＩ Ｎ Ｇ ＡＮＤ ＥＴＡＬＬＵＲＧＩ Ｍ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ Ｇ Ｎｆ
Ｖｏ ＿ ８ № ５ ｌ２
Ｏｃｏ ｅ ０ ８ ｔ ｂ ｒ２ ０
碳 纳 米 管／ 氧树 脂 复合 材 料 力 学 性 能 的研 究① 环
ＬＡＮＧ Ｓ ｕ ｑ ａ ，ＪＡ Ｃｈ ｎ ｙ ｎ，Ｔ Ｉ ｈ — ｕ ｎ Ｉ ｕ —ａ ＡＮＧ Ｙａ ｎ
（ ｃｏｌｆＭａ ｒ ｌ Ｓｉ ｃ ｎ ｎ ｉ ｅｉ ，Ｃ ｎｒｌ ｏｔ ｎｖ ｓｙ ｈ ｎ ｓａ４ ８ ， ｕ ａ ， ｈｎ ） Ｓｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｓ ｃ ｎｅａ ｄＥ ｇｎ ｒ ｇ ｅｔ ｕ Ｕ ｉ ｒ ｔ，Ｃ ａｇｈ ０ ３ Ｈ ｎ ｎ Ｃ ｉａ ｅ ａ ｅ ｅ ｎ ａＳ ｈ ｅｉ １ ０
ｂｅ ｄ ｓ ｒｅ ｎ ｆｒ ｌ ｎ ｔ ｔｉ ｉｐｅ ｓ ｄ ｕ ｉｏｍ ｙ ｉ ｈｅ ｍａｒｘ，ｗｉ ｏ ｔｏ ｖｏ ｓ ａ ｇｏ ｒ ｔｎ ． Ｈｏ ｖ ｒ，ｗｉｈ ｔ ｎ ｒ ａ ｅ ｏ ｔ ｕ ｂ ｉｕ ｇ ｌ ｍｅ ａｉ ｇ ｈ ｗｅ ｅ ｔ ｈｅ ｉ ｃ ｅ ｓ ｆＣＮＴｓ ｃ ｎ ｅ ｔ ｔ ｏ ｔ ｎ ， ｈｅ
Ａｂｔａ ｔ Ｃ ｒｏ ａｏｕ ｅ（ Ｎ ｓ ／ ｐ ｘ ｅｒｓ ａ ｏｏ ｐ ｓｅ ｅ ｒｐｒｄｂ ｌａｏ ｉ ｄｓｅｓ ｎａ ｄｖｃｕ ｓ ｃ ： ａｂ ｎｎｎ ｔｂｓ Ｃ Ｔ ） ｅ ｏｉ ｉ ｎ ｎ ｃｍ ｏｉ ｓ ｒ ｐｅ ａｅ ｙｕｔ ｓｎｃ ｉ ｒ ｏ ｎ ａｕ ｍ ｒ ｄ ｅｎ ｔ ｗ ｅ ｒ ｐ ｉ
ｃ ｒ ｏ ａ ｏｕ ｓ ｍｉｈ ｅ ａ ｇｅ ａｅ ａ ｂ ｎ ｎ ｎ ｔ ｂｅ ｇ ｔｂ ｇ ｒ ｇ ｔｄ，ｗｈ ｃ ｄ ｉｈ ｍａ ｅ ＣＮＴｓ ｄ ｓ ｒ ｉｎ ｉ ｈ ｔｉ ｅ ｅ ｎ ｈ ｔｅ ｇｈ ｏ ｈ Ｏ ｉｐｅ ｓｏ ｎ ｔ ｅ ｍａｒｘ ｕｎ ｖ ｎ ａ ｄ ｔ ｅ ｓｒ ｎ ｔ ｆｔ ｅ Ｃ Ｂ— ｐ ｓｔｓｌ ｗｅ ．Ｗ ｈ ｎ ｃ ｎｅ ｔｏ ａ ｂ ｎ ｎ ｎｏｕ ｅ ｓ０． ％ ，ｔ ｅ ｔ ｎ ｉｅ ｓｒ ｎ ｔ ｆｃ ｍｐ ｓｔ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｂｙ １ ． ｏ ｉ ｏ ｒ ｅ ｅ ｏ ｔ ｎ ｆｃ ｒ ｏ ａ ｔ ｂ ｓｗａ ７５ ｈ ｅ ｓｌ ｔｅ ｇ ｈ ｏ ｏ ｏ ｉ ｎ ｒ ａ ｅ ８ ３％ ， ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｉ ｄ ｌ ｓｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｂｙ２ ５％ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｔ ｆｅｏ ｇ ｔｏ ｎ ｒ ａ ｅ ｙ ９ ８ ． ｈ ｅ ｓｌ ｍｏ ｕ ｕ ｎ ｒ ａ ｅ ０． ｅ ｎ ｈ ａｅ ｏ ｌｎ ａｉ ｎ ｉ ｃ ｅ ｓ ｄ ｂ ２． ％ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｃ ｒ ｏ ａ ｏｕ ｅ；ｎ ｎ ｃ ｍｐｏ ｉｅ；ｅ ｏ ｉ ｅ ｒ ｓｎ ａｂ ｎ ｎ ｎ ｔｂ ａ ｏｏ ｓｔ ｐ ｘ ｄ ｅ ｉ
碳纳米管环氧树脂复合材料的导热及力学性能
收稿日期：２０２０－０５－２６作者简介：施雪军（１９８５— ），男，河南省南阳市人，理学博士，平顶山学院化学与环境工程学院讲师，主要从事功能复合材料研究．碳纳米管／环氧树脂复合材料的导热及力学性能施雪军，任一丹（平顶山学院化学与环境工程学院，河南平顶山４６７０３６）摘 要：以碳纳米管为功能填料、环氧树脂为基体、２－乙基－４－甲基咪唑为固化剂制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料，并研究了碳纳米管含量对复合材料导热和力学性能的影响．结果表明：纯环氧树脂的导热系数为０．２０１Ｗ／（ｍ·Ｋ），添加质量分数为２的碳纳米管复合材料的导热系数为０．２５６Ｗ／（ｍ·Ｋ）；当添加质量分数为８的碳纳米管时，复合材料的导热系数为０．３３４Ｗ／（ｍ·Ｋ），比纯环氧树脂提高了６６％．随着碳纳米管的含量逐步提高，复合材料的导热性能相应提升，然而复合材料的力学性能却呈现劣化的趋势．关 键 词：碳纳米管；环氧树脂；复合材料；导热性能；力学性能中图分类号：ＴＢ３３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３－１６７０（２０２０）０５－００３９－０４０ 引言环氧树脂具有优异的力学性能、黏结性能、耐化学腐蚀性，固化收缩率较小、尺寸稳定性以及加工性能好，目前大多数封装基体所选材料为环氧树脂．但是，环氧树脂的本征导热系数较低，不利于降低电子元件的工作温度［１－２］．通过添加高导热系数填料的方式来改善环氧树脂材料的导热性能是一种简单可行的方法．无机粉体填料如氧化铝、氮化硼等与碳材料如石墨烯、碳纳米管等高导热功能填料成为提高环氧树脂复合材料导热性能的可选目标［３－４］．以氮化硼为代表性的高导热无机填料，其热导率约３３０Ｗ／（ｍ·Ｋ）．牟其伍等［５］选用超细氮化硼作为填料制备了超细氮化硼／环氧树脂导热复合材料．结果表明：复合材料的导热性能随氮化硼填充量的增加而增加；当填料氮化硼质量分数添加到９０％时，复合材料的导热率为１．２４５Ｗ／（ｍ·Ｋ），达到纯环氧树脂的７倍以上．碳纳米管是碳材料的典型代表，具有许多优异的性能，其理论轴向热导率高达３０００Ｗ／（ｍ·Ｋ），被认为是改善环氧树脂导热性能的理想填料．熊高虎等［６］用静电自组装法分别将普通和功能化的碳纳米管作为填料加到环氧树脂中，制备了导热复合材料．体积分数为３％的普通碳纳米管填充后导热率比未添加碳纳米管的环氧树脂提高了１１２％，然而羧基化的碳纳米管导热率仅提高８６％，因此表面改性碳纳米管改善复合材料导热性能的影响有待进一步研究．同时，多壁碳纳米管被称为“超强纤维”，具有硬度高、弹性模量大、可拉伸、韧性好等诸多优异的力学性能，可以提高复合材料的力学性能［７－９］．但许多导热材料的研究仅侧重于提升其导热性能，较少涉及复合材料的力学性能．基于此现状，笔者将未经表面处理的多壁碳纳米管加入环氧树脂基体中制备复合材料，探究碳纳米管添加量对复合材料导热和力学性能的影响．１ 实验部分１．１ 实验试剂多壁碳纳米管的半径为２０到３０ｎｍ，长度为１５μｍ左右，纯度大于９５％，深圳市纳米波特有限公司；环氧值为０．５１的双酚Ａ型环氧树脂，密度为１．１８ｇ／ｃｍ３、纯度大于９５％，岳阳石油化工厂；密度为０．９７８ｇ／ｃｍ３的２－乙基－４－甲基咪唑（ＥＭＩ－２，４），纯度大于９８％，北京国药集团化学试剂有限公司；其他溶剂类试剂均购买于北京国药集团化学试剂有限公司，分析纯．１．２ 实验仪器与设备采用ＱＴＭ－５００型快速热导仪（日本ＫＥＭ公司）和热线法测试圆盘状样品的热导率，测试标准为ＡＳＴＭＣ１１１３－９０；利用ＺＢＣ１４００－１型简支梁第３５卷第５期２０２０年１０月 平顶山学院学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．５Ｏｃｔ．２０２０冲击试验机（深圳新三思）测试材料的冲击性能，测试标准为ＧＢ／Ｔ１０４３．１－２００８，每组测８根样条，计算其平均值；采用Ｓｉｒｉｏｎ２００场发射扫描电镜（荷兰ＦＥＩ公司）观察复合材料在液氮中脆断的断裂形貌，样品通过导电胶贴在样品台上，样品表面喷铂观察形貌，加速电压为１０ｋＶ；利用ＣＭＴ４１０４型的电子万能拉伸试验机（深圳新三思）测试材料的拉伸性能，测试标准为ＧＢ／Ｔ１０４０．２－２００６，拉伸速率为５ｍｍ／ｍｉｎ，每组在室温下测试６根样条，计算其平均值；成型不锈钢模具，机械厂自制．１．３ 实验过程将碳纳米管加入乙醇中，进行超声分散搅拌３０ｍｉｎ后，在悬浮液中加入环氧树脂，再磁力搅拌３０ｍｉｎ以上．当温度升高到６０℃时，用减压蒸馏法除去体系内的乙醇，利用恒重的方法确定乙醇已经完全挥发．等到共混体系温度冷却至室温后，向混合物中加入含有质量分数为６的环氧树脂的ＥＭＩ－２，４固化剂，机械搅拌均匀，然后在５０℃的真空干燥箱中放置该材料，重复３次抽真空脱泡．将混合树脂体系浇注到准备好的不锈钢模具中进行固化，固化条件为：６０℃／２ｈ，１５０℃再继续固化８ｈ，即制备碳纳米管／环氧树脂复合材料．２ 结果与分析２．１ 碳纳米管／环氧树脂复合材料的形貌表征将碳纳米管分散于乙醇中，然后再将分散液滴在硅片上，把硅片粘上导电胶并放在铜制的测试台上，真空喷铂，然后通过扫描电镜（ＳＥＭ）观察其分散情况和形貌变化．图１（ａ）是碳纳米管的ＳＥＭ图像，可见碳纳米管形貌均匀，长度约为１５μｍ左右，直径约为５０ｎｍ．图１（ｂ）是纯环氧树脂断面的ＳＥＭ图像，断面光滑无细纹为脆性断裂，而（ｃ）图是含有质量分数为２的碳纳米管的环氧树脂复合材料的断面扫描电镜图像，出现明显的河流状细纹，与图１（ｂ）相比，其断裂方式由脆性断裂转为韧性断裂．从图１（ｄ）可以看出，含有质量分数为８的碳纳米管的环氧树脂复合材料断面同样出现河流状细纹，出现一些断面比较光滑的区域，这可能是碳纳米管含量提高，其在环氧树脂基体中分散性变差，导致碳纳米管团聚所致，由此复合材料在部分区域表现为脆性断裂，其力学性能劣化．图１ ＳＥＭ图像２．２ 碳纳米管／环氧树脂复合材料的导热性能图２是碳纳米管／环氧树脂复合材料的导热系数随碳纳米管含量变化的曲线．从图中可以看出纯环氧树脂的导热系数为０．２０１Ｗ／（ｍ·Ｋ），随着碳纳米管的加入，复合材料的导热系数逐渐上升，当添加质量分数为２的碳纳米管时，复合材料的导热系数为０．２５６Ｗ／（ｍ·Ｋ）；当添加质量分数为８的碳纳米管时，复合材料的导热系数为０．３３４Ｗ／（ｍ·Ｋ），与纯环氧树脂的导热系数相比提高了６６％．相对碳纳米管的含量以及碳纳米管超高理论导热系数３０００Ｗ／（ｍ·Ｋ）来说，复合材料的导热性能远低于理论值．这可能是因为碳纳米管的碳原子链段存在大量的高频声子，而环氧树脂基体中大都是较低频率的声子，碳纳米管与环氧树脂在热传递的过程中需要大量的低频声子，而两者之间在高频向低频声子转换过程中造成大量的声子不能匹配而散射，进而影响其热量传递效率，从而导致碳纳米管和环氧树脂之间形成巨大的界面热阻，最终导致复合材料的导热系数远低于其理论值［１］．２．３ 碳纳米管／环氧树脂复合材料的力学性能２．３．１ 复合材料的冲击性能图３是碳纳米管含量变化对碳纳米管／环氧树脂复合材料冲击强度的影响曲线．从图中可以看出，碳纳米管／环氧树脂复合材料的冲击强度呈现出先快速增大而后大幅度降低的趋势．对于纯环氧树脂的６．３１ｋＪ／ｍ２来说，添加质量分数为２的碳纳米管的复合材料冲击强度为７．９２ｋＪ／ｍ２，提高了约２６％，继续增大碳纳米管的含量，复合材料的冲击性能逐渐降低，甚至低于纯环氧树脂的冲击强·０４·平顶山学院学报 ２０２０年度．这可能是因为碳纳米管含量不断升高而导致其在环氧树脂基体中团聚形成应力集中点，最终导致复合材料抵抗冲击的能力下降，极大地影响了碳纳米管／环氧树脂复合材料的冲击性能．图２ 碳纳米管质量分数对碳纳米管／环氧树脂复合材料热导率的影响图３ 碳纳米管质量分数对复合材料冲击强度的影响２．３．２ 复合材料的拉伸性能图４是随着碳纳米管含量变化时，碳纳米管／环氧树脂复合材料拉伸强度的变化曲线．当碳纳米管的量增加时，复合材料的拉伸性能迅速升高，然后下降，随后缓慢增加．在未加入碳纳米管时，纯环氧树脂拉伸强度为５６．３ＭＰａ．当碳纳米管质量分数为２时，碳纳米管／环氧树脂复合材料的拉伸强度出现小幅度提高．当碳纳米管的质量分数到达４时，所得到的拉伸强度为６３．４ＭＰａ，相对于纯环氧树脂提高了１４％．然后再继续增加碳纳米管的质量分数为６时，复合材料的拉伸强度相对于纯环氧树脂下降了１２％．图５是复合材料的拉伸模量随填料变化的曲线．碳纳米管的加入整体上提升了碳纳米管／环氧树脂复合材料的拉伸模量，随着碳纳米管含量的提高，复合材料的拉伸模量不断升高．当碳纳米管质量分数低于４时，复合材料的拉伸模量为１５２０ＭＰａ．当填料的质量分数为８时，复合材料的拉伸模量达到最高值１５５０ＭＰａ，与纯环氧树脂的１１２０ＭＰａ相比，提高了４３０ＭＰａ，提升了近４０％．图４ 碳纳米管质量分数对复合材料拉伸强度的影响图５ 碳纳米管质量分数对复合材料拉伸模量的影响３ 结论笔者以环氧树脂为基体，多壁碳纳米管为功能填料，进行分段变温固化制备了碳纳米管／环氧树脂复合材料．得到如下结论：１）随着碳纳米管含量不断增加，碳纳米管／环氧树脂复合材料的导热性能不断提升；当碳纳米管的质量分数为８时，复合材料的导热系数为０．３３４Ｗ／（ｍ·Ｋ），与纯环氧树脂相比提高了６６％．２）碳纳米管／环氧树脂复合材料在碳纳米管质量分数为２时，冲击性能最为优异；当填料质量分数为４时，复合材料的拉伸性能最好，高的碳纳米管含量反而使得复合材料的力学性能有所下降．３）表面改性碳纳米管与环氧树脂复合的材料综合性能研究成果，将会在后续的研究·１４·第５期施雪军，任一丹：碳纳米管／环氧树脂复合材料的导热及力学性能中呈现，其优异的性能值得期待．参考文献：［１］陈超．碳纳米管与银纳米线的表面修饰及其环氧树脂复合材料［Ｄ］．武汉：华中科技大学，２０１６．［２］石倩．氮化硼／环氧树脂导热复合材料的制备与性能研究［Ｄ］．贵阳：贵州大学，２０１９．［３］胡慧慧，李凡，李立群．环氧树脂基导热绝缘复合材料的研究进展［Ｊ］．绝缘材料，２０１１，４４（５）：２７－３０．［４］谢宇宁，雷华，石倩．电子封装用导热环氧树脂基复合材料的研究进展［Ｊ］．工程塑料应用，２０１８，４６（１２）：１４３－１４７．［５］牟其伍，任兵．超细氮化硼／环氧树脂复合材料的制备和性能影响［Ｊ］．化工新型材料，２０１１，３９（４）：１３１－１３３．［６］熊高虎，刘佳鸿，孙静．碳纳米管／环氧树脂复合材料的静电自组装制备及性能［Ｊ］．高分子材料科学与工程，２０１３，２９（１）：１３６－１３９．［７］邓火英，方洲，梁馨，等．多壁碳纳米管对Ｃ／Ｅ复合材料力学性能的影响［Ｊ］．宇航材料工艺，２０１９，４９（１）：４６－５１．［８］李洪峰，刘仲良，白雪峰，等．多壁碳纳米管－丙烯酸酯嵌段共聚物共改性环氧树脂三元复合材料性能［Ｊ］．复合材料学报，２０２０，３７（４）：７４１－７４８．［９］王卫芳，陆宝山，耿哲．环氧树脂／石墨烯／多壁碳纳米管复合材料力学性能研究［Ｊ］．塑料科技，２０１９，４７（７）：２４－２７．（责任编辑：王彦江）ＴｈｅｒｍａｌＣｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ／ＥｐｏｘｙＲｅｓｉｎＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳＨＩＸｕｅｊｕｎ，ＲＥＮＹｉｄａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ，Ｈｅｎａｎ４６７０３６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ，ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ／ｅｐｏｘｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓａｓｆｕｎｃ ｔｉｏｎａｌｆｉｌｌｅｒ，ｔｈｅｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎａｓｍａｔｒｉｘａｎｄ２－ｅｔｈｙｌ－４－ｍｅｔｈｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｅａｓｃｕｒｉｎｇａｇｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｃａｒ ｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎ ｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｐｕｒｅｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎｗａｓ０．２０１Ｗ／（ｍ·Ｋ），ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｏｓ ｉｔｅｓｗｉｔｈ２ｗｔ％ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗａｓ０．２５６Ｗ／（ｍ·Ｋ）；ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗａｓ０．３３４Ｗ／（ｍ·Ｋ）ｗｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｗａｓ８ｗｔ％，ｗｈｉｃｈｗａｓ６６％ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｐｕｒｅｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ．Ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗａｓｇｅｔｔｉｎｇｈｉｇｈｅｒａｎｄｈｉｇｈｅｒｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｎｔｅｎｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｏｗｅｄａｔｒｅｎｄｏｆｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｅｐｏｘｙｒｅｓｉｎ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ·２４·平顶山学院学报 ２０２０年。
碳纳米管／环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究
时问， 然后在超声波振荡条件下分散混合若干时问； 再 加入 ８７ ｇ固化 剂 （ Ｄ 并机 械 搅 拌 均 匀 ； 于 ．５ Ｄ Ｍ） 置
真空 烘 箱 真 空 除 去 气 泡 ， 注 固 化 。 固 化 条 件 为 浇 ８ ℃下 预 热 ２ ，５ ｏ ４ 。拉 伸 性 能 和 弯 曲 性 能 ０ ｈ １０Ｃ下 ｈ 测 试采 用 上 海 登 杰 仪 器 设 备 有 限 公 司 Ｄ Ｌ －００ Ｘ Ｌ５０ 型微 机控 制万 能试 验机 。冲击性 能测 试采 用河 北 承 德 试验 机 厂 Ｃ ａｐ Ｃ ． ｈｒｙＸ Ｊ ０型 简 支 梁 冲 击 实 验 仪 。 ５ 复合 材料 的断 面分 析采 用 美 国 Ｆ Ｉ 司 Ｑ ａｔ ２０ Ｅ公 ｕｎａ ０ Ｆ Ｇ型场发 射环 境扫 描 电子显 微镜 。 Ｅ
的区别等 ， 提出了提高碳纳米管／ 环氧树脂复合材料
的力 学性 能 的措 施 ， 探 讨 了碳 纳 米 管对 环 氧树 脂 并
的增 强机 理 。
２ 实 验 部 分
２ １ 原材 料 ．
３ 结果 与讨论
碳 纳 米管 在环 氧树 脂 中的分 散性 和 与环 氧树 脂
之 问的界 面结合 力 是影 响复 合材 料力 学性 能 的主 要
与分散方式 （ 超声波作用 和搅拌作用 ） 和碳 纳米管 本 身 的结 构参 数 （ 碳 纳米 管 的长 度 ， 径等 ） 因 如 管 等
素有关 。碳纳 米管 与环 氧树 脂 之 间的界 面结合 力 则
学 院成 都有 机 化 学有 限公 司生 产 ； 氧 树脂 （ 一 环 Ｅ
摘要 ：本 文研 究 了碳 纳米管在环氧树脂 中的分散方式及碳纳米管 长度 对环 氧树 脂复合材料力 学性 能的影响 ， 并对单壁 与 多壁碳 纳米管分别制备的环氧树脂复合材料 的力学性能进行 了分析探讨 。本 实验条件 如下 ： 搅拌 时 间为 ８ ｈ时复合材 料 的冲 击强度 、 拉伸 强度和 弯曲强度 分别可 比 ｌ ｈ时增加 ４ ％、２ １ ２ ％和 ３ ％ ； ８ 超声波处理 时间为４ ｈ时复合 材料 的冲击强度 、 拉伸 强度
碳纳米管环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究
碳纳米管环氧树脂复合材料力学性能影响因素的研究一、本文概述随着科技的进步和纳米技术的发展，碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）作为一种独特的纳米材料，因其优异的力学、电学和热学性能，在复合材料领域的应用日益广泛。
环氧树脂（Epoxy Resin）作为一种常见的热固性树脂，具有良好的粘附性、机械性能和化学稳定性，在航空航天、电子电气、建筑等领域有广泛应用。
将碳纳米管与环氧树脂复合，可以显著提升复合材料的力学性能，从而拓宽其应用领域。
本文旨在全面探讨碳纳米管环氧树脂复合材料力学性能的影响因素的研究。
我们将首先概述碳纳米管的基本结构和性质，以及环氧树脂的特点和应用。
然后，我们将重点分析碳纳米管在环氧树脂中的分散性、界面相互作用、碳纳米管的含量与长径比、制备工艺等因素对复合材料力学性能的影响。
我们还将讨论复合材料的力学性能表征方法，如拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等，并探讨其与影响因素之间的关联。
通过本文的研究，我们期望为碳纳米管环氧树脂复合材料的制备和应用提供理论依据和技术指导，同时为推动纳米复合材料的发展做出贡献。
二、碳纳米管的基本性质与制备方法碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种由碳原子通过共价键连接形成的一维纳米材料，具有独特的结构和优异的物理化学性质。
碳纳米管具有良好的导电性，其电导率可以高于铜和银等金属，且具有良好的热稳定性和机械性能。
碳纳米管还具有高的比表面积和优异的化学稳定性，这使得它在许多领域，特别是在材料科学和纳米技术中，具有广泛的应用前景。
碳纳米管的制备方法主要有电弧放电法、化学气相沉积法（CVD）和激光烧蚀法等。
电弧放电法是最早用于制备碳纳米管的方法，通过在高真空环境中将石墨电极进行电弧放电，使碳原子在电弧的高温下蒸发并冷凝形成碳纳米管。
化学气相沉积法则是利用含碳气体在高温催化剂的作用下，通过热解或还原反应生成碳纳米管。
激光烧蚀法则是利用高能激光照射含碳目标，使碳原子蒸发并冷凝形成碳纳米管。
碳纳米管-环氧复材性能研究
下，与其他认证机构一起努力，共同推动市场经济环境下认证认可行业规范、健康、有序的发展，进一步推动和促进我国健康安全消费环境和社会诚信体系的建设，为中国认证认可事业的发展做出应有的贡献。
碳纳米管-环氧复材性能研究近年来作为材料领域的研究热点，碳纳米管受到各国科学家的高度重视。
自从1991年合成碳纳米管以后，它就以其优异性能引起了人们深入地研究。
环氧树脂由于具有优良的力学性能和物理性能，但由于一般双酚A型环氧树脂固化后胶层较脆、对温度敏感性较高，相应地其力学性质和热学性质也较低，因此可用力学性能极高的碳纳米管材料增强是有现实意义的。
碳纳米管具有独特的物理力学性能，包括高强度、高模量，固有的柔韧性，使它成为具有优良性能的环氧树脂基体的理想增强材料，碳纳米管/环氧树脂复合材料的研究将会有广阔的发展前景。
碳纳米管是富勒烯结构与球烯和石墨类似，为sp2杂化的碳构成的曲晶面，最短的C-C键长为0.142nm、长径比约为100～1000。
碳纳米管有优良的电学性能，其导电性根据结构的不同而异，它可以是导体也可以是半导体，甚至可以成为仅次于超导体。
碳纳米管还具有优良的力学性能，它的拉伸强度达到50～200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，其弹性模量最高达600GPa。
若将它与其它有机高分子材料复合，可对基体起到强化作用。
由于碳纳米管的这些特性，现已经广泛应用于超级电容器、锂离子电池场发射器、超级纤维，以及各类复合材料中。
随着碳纳米管合成技术的日益成熟，工业化已成为可能，成本也能大幅度下降，探索和研究碳纳米管/聚合物基复合材料更具有实践意义。
环氧树脂由于具有优良的力学性能和物理性能、价格低，可作为涂料、胶粘剂、复合材料树脂基体、电子封装材料等；但是一般双酚A型环氧树脂固化后胶层较脆，对温度敏感性较高，相应地其力学性质和热学性质也较低，因此可用力学性能极高的碳纳米管材料增强是有现实意义的。
由于碳纳米管优良的物理化学特性，将它和环氧树脂复合增强环氧树脂的各项性能，可获得性能优良的碳纳米管/环氧树脂复合材料。
碳纳米管／环氧树脂复合材料的研究
脂的应用范 围。
图 １ 未 处理 的 ｃ Ｔ 的 Ｓ Ｍ 图 Ｎｓ Ｅ
Ｆ ｇ １Ｓ ｉ ＥＭ ｉｔ ｒ ｆＣＮＴｓｂ ｆ ｒ ｅ ｔ ｅ ｔ ｐ ｃｕ ｅｏ ｅ ｏ ｅｔ ａｍ ｎ ｒ
两相（ 或多相） 微观 结构中至 少有 一相 的一 维尺度达 到纳
３ 结 果 与讨 论
３１ Ｃ Ｔ ／ ． Ｎ ｓ 环氧 树脂复合材料 分散性能的研 究
３１１ 酸处理Ｃ Ｔ 效果 ．． Ｎ ｓ
米级尺寸（ ０ ｎ 的复合材 料【，其 中纳米分 散相可 １ ０ ｍ） ～１ １ １
以是无机物 、有机物或 二者兼有 。由于纳米 分散相具有 大的 比表面积 、量子尺寸效 应等性质 ， 使得 界面间具有
在 的应 用价值 ，在理论 上是复合材料 理想 的增 强材 料 。 近年 来碳纳米 管， 聚合 物纳 米复 合材料 的研 究 已成 为纳
图 １为 未 处 理 的 Ｃ Ｔ 的 Ｓ Ｍ 图 。 Ｎ ｓ Ｅ
米科学研究 中的一个新热 点。 环氧树脂 由于具有优 良的力学性 能和物理性 能， 价 格低，可作为涂料 、胶粘 剂 、复合材料 树脂基体 、电子 封 装材料等 。 环氧 树脂基复 合材 料【 具有质 量轻 、强度 ２ 高、模量大 、 耐腐蚀 性好 、电性能优异 、原料来源广泛 ， 加 工成型简便 、生产效率 高等特点 ，并具有材料 可设计 性 以及 其他一些特殊 性能 ，如减 振 、消音 、透 电磁波 、
超 声 波 清 洗 器 ，上 海 科 导 超 声 仪 器 有 限 公 司 ：
碳纳米管对复合相变材料热性能的影响研究
phase change material. Methods: Carbon nanotubes were added into the above phase change materials in two ways of catalysis and mixing,
and then the thermal properties of the phase change materials were measured special test instruments to implement the research work.
Value Engineering
· 207 ·
碳纳米管对复合相变材料热性能的影响研究
Effect of Carbon Nanotubes on Thermal Properties of Composite Phase Change Materials
郜一帆 GAO Yi-fan
（西北工业大学，西安 710072） （Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072，China）
2.2 材料结构 除了浸渍率以外，材料分级结构状态也是衡量其品质 的重要指标。研究者使用显微镜观察材料结构后发现，碳 纳米管的加入，使泡沫铜孔隙结构上出现了一层碳纳米管 结构，在一定程度上填充了材料孔隙，有助于低导热区域的 减少。此外，研究者还发现了，在混合法所制备的材料中，碳 纳米管结构更接近团状，而在催化法所制备的材料中，碳纳 米管结构则比较分散。从整体上来看，材料的多级结构并未 被破坏，因此，碳纳米管的应用不会影响材料品质。 2.3 传热性能 在泡沫铜/石蜡相变材料的制备中，加入碳纳米管的 目的主要是借助碳纳米管优质的导热能力，通过用其填充 泡沫铜中的空隙来减少材料结构中的压缩低热导区域面 积，由此改善材料的传热性能。考虑到热导率是反映材料 热性能情况较为直接的指标，研究者在此次研究中选用了 热导率作为研究数据对象，用以分析碳纳米管对复合变相 材料的热性能情况。 上述试验结果显示，常规不存在碳纳米管的相变材料 热导率为 2.52W（/ m·k），混合法制备出的相变材料导热率 为 3.28W（/ m·k），催 化 法 制 备 出 的 相 变 材 料 导 热 率 为 3.94W（/ m·k），因此，相较于混合法，催化法制备出的碳纳 米管填充相变材料显然具有更高的导热率，但无论用哪种 方法向复合相变材料中加入碳纳米管，均会使材料的热性 能提升。 2.4 储热能力 从本质上来说，运用碳纳米管善材料热性能的目的 是增强其的使用性能，突破热性能问题对材料应用推广的 限制，因此，必须保证碳纳米管的应用不会影响材料储热 能力这一基本性能的发挥，才能说明碳纳米管填料具备足 够的适用性。基于此，研究者根据试验结果，又对碳纳米管 为相变材料所带来的储热性能影响展开了分析，保证研究 工作的完整性。 目前，衡量材料储热能力的主要指标为相变潜热与过 冷度，其中，相变潜热是指石蜡的相变潜热，计算方法为：
碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响
收稿日期:2004-10-18基金项目:2004年度湖北省教育厅优秀中青年科技创新团队资助计划项目;武汉科技大学优秀中青年科技创新团队资助计划项目作者简介:袁观明,1978年出生,硕士研究生,主要从事碳纳米管改性及其树脂基复合材料的研究工作碳纳米管对环氧树脂力学性能的影响袁观明 李轩科 张铭金 吕早生 张光德( 武汉科技大学,武汉 430081)文 摘 用浇铸成型法制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料,研究了其力学性能,并探讨了该材料的微观结构与性能之间的关系。
结果表明,碳纳米管对环氧树脂具有明显增强增韧作用。
在碳纳米管加入量为3.0%(质量分数)时,复合材料的综合性能较好,拉伸强度、拉伸模量及断裂伸长率较纯树脂分别提高了90%～100%、60%～70%、150%～200%。
关键词 碳纳米管,环氧树脂,复合材料Effect of Car bon N anotubes on t heM echanical Properti es of Epoxy Resi nYuan Guan m ing Li Xuanke Zhang M ing jin L üZaosheng Zhang G uangde(W uhan Unive rsity o f Sc i ence ＆T echno logy ,W uhan 430081)Abst ract Carbon nano t u be /epoxy co m posit e s a r e prepa r ed by cast -m o l d i n g m ethod .The m echan ica l pr oper -ties of the co m posit e s and the r e lationship bet w een the pr operties and the m icrostr ucture o f the co m po sites a r e inve s -tigated .The results sho w that str ength and toughness of epoxy resin a r e obviousl y i m proved w ith t h e addition of car -bon nano t u bes i n resin .The tensil e str ess -strain curves indicate t h at t h e m echan ica l pr ope rty of co m posit e s is be tter t h an tha t o f pu r e resin m atrix .The co m posit e w ith 3.0w t %car bon nano tube conten t has m uch higher value t h an t h at of pure r esi n ,90%～100%,h i g he r in tensile streng th ,60%～70%h i g he r in tensile m odalus and 150%～200%higher i n breaking e longa tion .SE M i m ages ana l y ses of the frac t u re section o f the co m posite disp l a y tha t the add ition concen tration of carbon nanotubes in resin has a close rela tion w ith t h e m echan ica lp r opert y o f car bon nano -t u be /epoxy r e sin co m posit e s .K ey w ords Carbon nano t u bes ,Epoxy r esi n ,Co m po site 1 前言碳纳米管自从1991年被日本学者Iiji m a 发现以来[1],10多年来一直是世界科学研究的热点之一[2]。
多壁碳纳米管表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响的开题报告
多壁碳纳米管表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响的开题报告1.研究背景和意义：多壁碳纳米管（MWCNT）因具有良好的力学性能、导电性、热稳定性等优异的性能，成为了集成电路、催化剂、传感器等领域的重要材料之一。
同时，MWCNT还可以通过表面功能化实现与聚合物材料的良好相容性，提高复合材料力学性能、热稳定性、抗静电性能等性能指标。
环氧树脂作为一种常见的高分子材料，被广泛应用于各个领域中。
但是，环氧树脂的力学性能、阻燃性能等方面有待进一步提高。
利用MWCNT对环氧树脂进行表面功能化，可以大幅度提高复合材料的力学性能，同时还可以提高其阻燃性能和电导性能，拓展环氧树脂的应用领域和提高其性能指标。
因此，研究MWCNT表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响具有重要的研究价值和应用前景。
2.研究内容和方法：本研究将通过以下几个方面，研究MWCNT表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响：（1）MWCNT表面功能化：采用不同的化学方法对MWCNT进行表面功能化处理，对表面功能化后的MWCNT进行结构表征和分析，并确定表面功能化对复合材料性能的影响。
（2）复合材料制备：采用溶液浸渍法、热成型法等方法制备MWCNTs/环氧树脂基复合材料，并通过力学性能测试、动态热重分析（TGA）等手段对复合材料进行分析。
（3）复合材料性能测试：对不同条件下制备的MWCNTs/环氧树脂基复合材料进行性能测试，如力学性能测试、热稳定性测试、导电性能测试等。
3.预期结果：通过对MWCNT表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响进行研究，本研究预期可以实现以下几方面的结果：（1）确定不同表面方法对MWCNT表面结构的影响，并对其进行表征和分析；（2）探究MWCNT表面功能化对环氧树脂基复合材料制备和性能的影响，如力学性能、热稳定性、导电性能等方面的变化；（3）最终实现通过MWCNT表面功能化提升环氧树脂基复合材料性能的目标，为新型复合材料的研究提供理论基础和技术支持。