环氧填充取向碳纳米管束杂化微胶囊及其氰酸酯复合材料的研究

发布时间：2017-07-30 17:25

  本文关键词：环氧填充取向碳纳米管束杂化微胶囊及其氰酸酯复合材料的研究

  更多相关文章： 自修复 取向碳纳米管束 微胶囊 力学性能 热性能

【摘要】：氰酸酯(CE)树脂具有优异的力学性能、高的耐热性能及良好的介电性能等,广泛用于电子信息、电子封装等领域。但是由于固化后的CE树脂具有高的交联密度,因此CE树脂材料呈现脆性,在材料使用过程中易产生裂纹,从而降低材料的安全使用性能并限制了材料的应用领域。此外,电子信息材料的高速发展,要求材料具有更优异的力学性能及热性能等,因此有必要提高CE树脂复合材料的综合性能。研究表明通过添加含有修复剂的微胶囊(MCs)可有效实现材料内部裂纹的修复,延长材料的使用寿命,并可提高材料的韧性。碳纳米管束(CNTB)具有独特的力学性能、热性能及电性能等,其内部呈多孔隙结构,文献报道通过在其孔隙中浸入胶黏剂/低聚物可有效提高CNTB的比强度,所得到的胶黏剂/低聚物浸渍的CNTB体系可有效改善聚合物的力学性能、电性能及热性能等性能。因此本文制备一种环氧树脂胶黏剂浸渍的CNTB杂化MCs,并将其应用到CE树脂体系,这种MCs不但可实现材料内部裂纹的修复,还可赋予材料优异的力学性能、耐热性等性能。本文主要研究内容有:首先,以取向碳纳米管束(ACNTB)和双酚A型环氧树脂为原料,采用溶液浸渍法获得环氧树脂浸渍的ACNTB(epoxy@ACNTB)粒子,然后将epoxy@ACNTB粒子分散在含有环氧树脂胺类固化剂(FS-2B)的水溶液中,利用化学界面反应,在epoxy@ACNTB粒子表面形成碳纳米管(CNT)/环氧树脂聚合物杂化物膜,得到CNT/环氧树脂聚合物杂化膜包覆epoxy@ACNTB粒子的MCs。讨论了不同原料配比对MCs结构与性能的影响。通过红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)分析MCs的化学结构。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和激光共聚焦显微镜(LSCM)观察MCs的形貌。利用热重分析法(TGA)和差示扫描量热法(DSC)分析MCs的热性能。研究结果表明:MCs具有较高的初始分解温度Tdi(263~273°C),MCs中填充环氧树脂含量为62~80%,聚合物薄膜壳厚度为1~2μm,MCs在~200°C具有良好的耐热性和化学稳定性,并在丙酮溶剂中具有良好的耐溶剂性。将制备的epoxy@ACNTB杂化MCs应用到高性能CE树脂体系,详细研究了MCs对CE树脂力学性能、热性能、燃烧性能、介电性能及自修复性能等性能的影响。研究表明:由于MCs可以催化CE树脂体系反应并与CE树脂基体有良好的界面作用,同时MCs中ACNTB中CNT间的载荷转移能力增强及MCs在树脂基体对裂纹的钝化或铆接等原因,MCs可以明显改善CE树脂的力学性能。当MCs的含量为5wt%时,CE/MCs的力学性能最佳,与未添加MCs的纯CE树脂相比,其弯曲强度、冲击强度、拉伸强度和断裂韧性分别提高了59%、45%、32%和71%。适当MCs的加入在一定程度上可维持CE树脂基体的耐热性。由于MCs中含有CNT,MCs的加入可以提高CE树脂基体的介电常数,且对CE树脂基体的介电损耗影响较小。由于MCs中含有高热导CNT及MCs与树脂基体有良好的界面作用,使得MCs的加入可以提高CE树脂基体的热导率。当MCs的含量为10wt%和15wt%时,CE/MCs体系的导热系数比纯CE树脂体系提高了约16%和18%。MCs加入CE树脂体系可以提高CE树脂基体交联密度,以及MCs中环氧树脂在加热过程中体积收缩现象,使得MCs的加入可以降低CE基体的热膨胀系数(CTE)值。MCs的加入促进CE/MCs体系在燃烧过程中形成致密炭保护层,提高CE树脂体系的耐燃烧性能。破裂的MCs在加热条件下可以释放出环氧树脂修复剂至裂纹处,其与树脂基体中未反应的-OCN或三嗪环或胺类物质发生反应,从而粘合裂纹面,达到恢复材料性能的目的。由于低温下环氧树脂修复剂在树脂基体断裂面可有效扩散,断裂的CE/MCs体系采用100°C/1h+200°C/2h愈合温度程序,其得到的树脂基体的修复率比采用200°C/2h愈合温度程序高,当MCs的含量为15wt%,采用100°C/1h+200°C/2h愈合温度程序愈合CE/MCs体系,修复率可达到99.8%。
【关键词】：自修复 取向碳纳米管束 微胶囊 力学性能 热性能
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 文献综述11-28
• 1.1 前言11
• 1.2 本征型自修复11-15
• 1.2.1 热可逆共价键自修复11-13
• 1.2.2 氢键自修复13-15
• 1.3 外援型自修复15-23
• 1.3.1 中空纤维修复15-16
• 1.3.2 仿生微脉管网络16-18
• 1.3.3 微胶囊修复18-23
• 1.3.3.1 微胶囊的概念18
• 1.3.3.2 微胶囊合成方法18-19
• 1.3.3.3 微胶囊形貌表征19-20
• 1.3.3.4 微胶囊性能表征20
• 1.3.3.5 自修复微胶囊在树脂基材料中的应用20-23
• 1.4 形状记忆材料修复23-24
• 1.5 其它自修复方法24-25
• 1.6 多层次结构CNT研究进展25-26
• 1.7 选题意义及研究内容26-28
• 第二章 环氧填充取向碳纳米管束微胶囊的合成与表征28-44
• 2.1 前言28-29
• 2.2 实验部分29-32
• 2.2.1 主要原料29-30
• 2.2.2 主要仪器与设备30
• 2.2.3 MCs的合成30-31
• 2.2.4 结构表征与性能测试31-32
• 2.3 结果与讨论32-42
• 2.3.1 MCs合成机理32-34
• 2.3.2 MCs的化学结构与形貌34-38
• 2.3.3 MCs的热性能38-41
• 2.3.4 MCs的耐溶剂性41-42
• 2.4 小结42-44
• 第三章 CE/MCs体系的结构与性能44-69
• 3.1 前言44-45
• 3.2 实验部分45-51
• 3.2.1 实验原料45-46
• 3.2.2 主要仪器与设备46
• 3.2.3 CE/MCs复合材料的制备46-49
• 3.2.4 结构表征与性能测试49-51
• 3.3 结果与讨论51-67
• 3.3.1 CE/MCs复合材料体系的力学性能51-55
• 3.3.2 CE/MCs体系的热性能55
• 3.3.3 CE/MCs复合材料体系的动态力学性能55-57
• 3.3.4 CE/MCs体系的介电性能57-58
• 3.3.5 CE/MCs体系的导热性能58-59
• 3.3.6 CE/MCs体系的热膨胀性能59-60
• 3.3.7 CE/MCs体系的阻燃性能60-62
• 3.3.8 CE/MCs体系的自修复性能62-67
• 3.4 小结67-69
• 第四章 结论69-71
• 参考文献71-87
• 硕士期间发表的论文及申请的专利87-88
• 致谢88-89

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本文编号：595359