碳纳米管含量对聚酰亚胺/碳纤维复合材料性能的影响

发布时间：2021-09-04 07:42

　　以聚酰亚胺（PI）为基体、碳纤维（CF）和碳纳米管（CNTs）为复合增强体,采用热模压工艺制备了不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料。采用电子拉力机、动态热机械分析仪和热重分析仪研究了PI/CF/CNTs复合材料的力学性能、动态力学性能和热稳定性。结果表明,与未加CNTs的PI/CF复合材料相比,CNTs含量为PI质量的0.2%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的常温力学性能,其中常温拉伸强度提高19.5%,常温弯曲强度提高20.6%,常温层间剪切强度提高14.7%,玻璃化转变温度则由357℃提高到451℃;CNTs含量为PI质量的0.05%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的高温力学性能,其中400℃拉伸强度提高15.8%,400℃弯曲强度提高9.6%,400℃层间剪切强度提高12.8%。CNTs的添加对PI/CF/CNTs复合材料的热稳定性几乎没有影响。 

【文章来源】：工程塑料应用. 2020,48(05)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料的常温拉伸性能

不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料的储能模量曲线如图8所示。由图8可以发现,当温度低于200℃时,随着温度的升高,储能模量逐渐升高,表明在室温～200℃范围内,温度越高PI/CF/CNTs复合材料的力学性能越好,当温度超过300℃时,储能模量迅速降低,意味着PI/CF/CNTs复合材料的力学性能也会随之降低。其次,在低于100℃的低温区,在同一温度下CNTs含量为0.2%的PI/CF/CNTs复合材料具有最高的储能模量,在300～400℃的高温区,在同一温度下CNTs含量为0.05%的PI/CF/CNTs复合材料具有最高的储能模量,这与图1～图6的力学性能测试结果相吻合,即当CNTs含量为0.2%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的常温力学性能,当CNTs含量为0.05%时,PI/CF/CNTs复合材料具有最佳的高温力学性能。

图9是不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料的损耗因子曲线(为清晰区分各曲线,对各曲线进行了上下平移)。从图9可以发现,相较于PI/CF复合材料,添加CNTs后,PI/CF/CNTs复合材料的损耗因子曲线的峰值温度向高温方向偏移,以损耗因子曲线的峰值温度作为复合材料的玻璃化转变温度(Tg),不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料的Tg见表1。由表1可以看出,随着CNTs含量的增加,PI/CF/CNTs复合材料的Tg先升高后降低,当CNTs含量为0.2%时,PI/CF/CNTs复合材料的Tg提高幅度最大,由CNTs含量为0%时的357℃提高到451℃。添加CNTs后,PI树脂中的自由体积减少,PI分子链运动受阻,因此复合材料的Tg升高,当添加CNTs的含量过多时,树脂的黏度升高,在固化时分子链运动能力受阻,活性官能团的转化率降低,树脂的交联程度降低,因此CNTs的含量过高后,复合材料的Tg会降低。表1 不同CNTs含量的PI/CF/CNTs复合材料的Tg℃ CNTs含量/% Tg 0 357 0.05 378 0.1 443 0.2 451 0.3 431 0.5 414

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管改性PA6复合材料的制备与性能[J]. 阳范文,欧阳阅翰,沈佳豪,孙书情,柳蔚洲,李荣荣,徐蒙蒙,陈安鸿,田秀梅,陈晓明.  工程塑料应用. 2019(09)
[2]碳纳米管改性热塑性聚氨酯基纳米复合材料研究进展[J]. 郭怡,严磊,陈宇哲,李建保,蔺海兰,黄欢,陈林,卞军.  工程塑料应用. 2019(06)
[3]聚酰亚胺/碳纳米管复合材料的制备及性能[J]. 邢亮臣,陈孝起,周海军,周萌萌,肖继君,李彦涛.  工程塑料应用. 2018(11)
[4]碳纳米管/聚酰亚胺复合碳纤维的制备与性能[J]. 雷晓庆.  分析仪器. 2018(05)
[5]多壁碳纳米管/聚酰亚胺复合薄膜的制备与性能研究[J]. 郭政华,雷丹妮,刘婷,吕芃,姜晓岗,翟燕.  山东化工. 2018(12)
[6]碳纳米管/石墨/碳纤维增强聚酰亚胺树脂复合材料的摩擦磨损性能研究[J]. 陈天华.  广东化工. 2018(06)



本文编号：3382867