碳纳米管对碳/碳复合材料压缩力学性能影响

发布时间：2021-02-26 09:38

　　以0、5%、10%、15%和20%（质量分数）5种不同碳纳米管（CNTs）含量的全网胎针刺整体毡为预制体,经化学气相渗透方法增密后,制备出CNTs-C/C复合材料。借助万能试验机测试样品的压缩力学性能,并采用显微镜（PLM）和扫描电镜（SEM）,研究了样品的微观组织结构和断口形貌。结果表明,添加纳米管后,有利于改善热解炭结构,同时提高C/C复合材料的压缩强度,且C/C复合材料的压缩强度随着CNTs添加量的增多而增大。当CNTs含量为20%（质量分数）时,复合材料的平行压缩强度为185.02 MPa,垂直压缩强度约200 MPa,相比于未添加CNTs,材料的压缩强度分别提升了36.66%和17.67%。未添加CNTs,复合材料以"假塑性"方式断裂,添加CNTs后,材料出现脆性断裂,且随CNTs含量的增加,脆性断裂方式更加明显。 

【文章来源】：功能材料. 2020,51(05)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

预制体结构示意图

根据复合材料的压缩性ASTMC695-81标准,采用型号为Instron3369的万能试验机在室温下对试样的压缩力学性能进行测试与表征。试样尺寸为10 mm×10 mm×10 mm,压头加载速率为1 mm/min。每种压缩试样测量数量均为7个,取测试结果平均值。压缩力学性能包括垂直压缩力学性能和平行压缩力学性能, 即试样受压方向分别为针刺纤维方向与铺层纤维方向,具体加载方向如图2所示。压缩强度按公式(1)计算σ= Ρ s (1)

在沉积过程中,热解碳依附于碳纤维表面的活性点形核生长,然后不断长大形成微晶。由于碳纤维表面微晶取向度较低,促使沿纤维径向生长的热解碳主要以自有堆积为主,微晶取向度差。CNTs是高取向度的碳材料,其表面碳以层状定向排列,这种结构可以诱导以CNTs为形核点生长的热解碳具有更高的有序度,促使热解碳的微晶排列整齐,因此热解碳的光学活性好。由于CNTs比表面积法,热解炭在CNTs表面生长没有足够时间长大就相互接触,导致以CNTs为形核点的热解炭呈胞状形态。Allouche[12]等人研究认为,热解碳以CNTs为形核点生长时,其实质为CNTs的直径长大的过程,即形成一种以CNTs为圆心的同心圆状的热解碳结构。预制体的致密化实质上反映的是热解碳在预制体内孔隙填充的一个过程,纤维搭接处往往形成大的孔洞,孔洞附近碳原子形核点少,而网胎层内添加的CNTs,增加了碳纤维表面碳原子的形核表面积,为碳原子提供了更多的形核中心,同时CNTs的表面活性较高,加速促进热解碳生长,因此在纤维搭接处存有CNTs的孔洞内,热解碳原子填充较为完好。2.2 CNTs含量对碳/碳复合材料垂直压缩力学性能的影响

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纤维复合材料的应用现状与发展趋势[J]. 樊星.  化学工业. 2019(04)
[2]碳纤维上原位生长碳纳米管对C/C复合材料弯曲性能的影响[J]. 文诗琦,李克智,宋强.  复合材料学报. 2013(06)
[3]预制体中添加碳化硼对C/C复合材料氧化特性的影响[J]. 辛伟,张红波,尹健,左劲旅.  材料导报. 2007(07)



本文编号：3052403