碳纳米管及氧化石墨烯对环氧树脂复合材料性能的影响研究

发布时间：2020-03-23 19:13

【摘要】：环氧树脂(EP)与固化剂混合发生固化,产生三维网络交联结构之后,其力学等性能将会得到极大的提升,从而产生极高的利用价值。但其仍然具有易脆,强度低等缺点。碳纳米管(CNTs)和石墨烯被普遍认为是良好的增强材料,可以被加入到聚合物基体中从而进行改性。一方面由于CNTs之间分子作用力比较强,容易发生团聚,导致其分散性较弱。另一方面,由于CNTs自身的表面活性很小,使其与环氧树脂之间的结合力又很低。为了解决CNTs易团聚以及其与环氧树脂界面结合力较低的问题,本文采用共价功能化的方式将多壁碳纳米管(MWCNTs)接枝胺类活性基团来对MWCNTs进行改性。首先对原始MWCNTs进行酸处理,使其表面接枝上易与氨基反应的亲水基团,进而制备了羧基功能化及胺基功能化的MWCNTs,并利用多种方法对制备的试样进行了表征,具有非常好的分散性和稳定性。通过机械共混法制备了MWCNTs/环氧树脂复合材料,利用M-2000型摩擦磨损机,研究不同的负荷对复合材料摩擦磨损性能的影响。并研究了MWCNTs的加入量,改性MWCNTs和MWCNTs的功能基团的量对复合材料摩擦磨损性能的影响,当羧基化MWCNTs为0.5 wt%时,比纯环氧树脂摩擦系数降低了44.91%,磨损率降低了96.29%,大大的改善了复合材料的耐磨性能,并分析其磨损机理。本文还选用了机械混合的方法将氧化石墨烯(GO)、MWCNTs与环氧树脂均匀混合与固化剂反应制备复合材料,然后研究该复合材料的拉伸及弯曲性能。通过石墨烯与MWCNTs的不同配比来研究复合材料的拉伸及弯曲性能。结果表明:GO和MWCNTs确实能够改善环氧树脂复合材料的拉伸及弯曲性能;GO对于复合材料拉伸性能的改善要好于MWCNTs,多壁碳纳米管含量为0.1 wt%时复合材料的拉伸强度提高26%,氧化石墨烯为0.1 wt%时拉伸强度提高60%;MWCNTs对复合材料弯曲性能的改善要好于GO,多壁碳纳米管含量为0.1 wt%时复合材料的弯曲强度和弯曲模量分别提高了78%和124%。GO和MWCNTs的表面存在羧基官能团时,有助于提升它们在EP复合材料中的分散性,进而提升复合材料的耐磨性能和力学性能。表面羧基越多,在改善复合材料的力学性能方面效果越好。
【图文】：

示意图,扶手椅,锯齿型,单壁碳纳米管

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示意图,单壁碳纳米管,多壁碳纳米管,手型

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【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332

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