碳布表面均匀生长碳纳米管的工艺优化及其增强复合材料的研究
发布时间：2021-04-25 15:37
本文通过预先对碳布进行表面改性,然后采用化学气相沉积法（CVD）在其表面生长碳纳米管（CNTs）完成了 CNTs/碳布增强体的前期制备,并通过研究以下内容,实现了碳布表面均匀生长CNTs的工艺优化及其增强复合材料的高性能制备:（1）采用了三种不同的改性方案对脱浆碳布进行表面预处理,并利用相关的表征方法研究了其对碳布的表面特性、CNTs的生长形貌与加载量、CNTs/碳布的拉伸强度以及复合材料的层间剪切强度的影响;（2）选择最佳改性方案后,采用了不同的催化参数对改性碳布进行表面CNTs的优化加载,研究了催化剂前驱体浸渍时间、催化剂种类、催化剂的还原温度与还原时间对CNTs/碳布及其增强复合材料形貌与性能的影响;（3）确定最佳催化工艺后,采用了不同的CVD参数进一步对改性碳布进行表面CNTs的优化生长,研究了生长温度、生长时间与氢气比例对CNTs/碳布及其增强复合材料形貌与性能的影响。不同的表面预处理方法能够产生不同的改性效果。研究表明:PyC预处理仅在碳布表面沉积了少量碳颗粒,未形成均匀的PyC薄层,对CNTs的生长产生了不利影响。NaOH预处理使碳布表面产生了少量活性基团,表面褶皱被蚀刻...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳布增强复合材料的研究
1.2.1 应用现状与发展前景
1.2.2 受限因素
1.2.3 改进措施
1.3 CNTs/碳布增强复合材料的研究
1.3.1 CNTs/碳布增强复合材料的制备方法
1.3.2 CNTs/碳布增强复合材料力学性能的增强机制
1.4 目前存在的问题
1.5 本文的研究目的与研究内容
第二章 实验材料及实验方法
2.1 技术路线
2.2 实验材料与实验设备
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验设备
2.3 碳布/碳纤维表面生长CNTs的工艺过程
2.3.1 碳布/碳纤维脱浆处理
2.3.2 碳布/碳纤维表面改性预处理
2.3.3 碳布/碳纤维表面加载催化剂
2.3.4 碳布/碳纤维表面生长CNTs
2.4 测试及表征方法
2.4.1 CNTs/碳布及其增强复合材料的FESEM表征
2.4.2 CNTs/碳布微结构的HRTEM表征
2.4.3 CNTs/碳布结构有序度的拉曼光谱表征
2.4.4 CNTs/碳布的单丝拉伸强度表征
2.4.5 碳布表面官能团的FTIR定性表征
2.4.6 碳布表面化学成分的XPS定量表征
2.4.7 碳布晶体结构的XRD表征
2.4.8 CNTs/碳布增强复合材料的ILSS表征
第三章 表面改性预处理对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
3.1 前言
3.2 单向碳纤维的电化学处理改性
3.2.1 碳纤维的电化学处理与CNTs/碳纤维的制备
3.2.2 电化学改性对碳纤维生长CNTs形貌与性能的影响
3.2.3 碳布表面改性的困难性分析
3.3 碳布的表面改性预处理及CNTs/碳布增强体的制备
3.3.1 热解碳（PyC）的表面沉积预处理
3.3.2 氢氧化钠（NaOH）的表面蚀刻预处理
2O2）的表面活化预处理"> 3.3.3 双氧水（H2O2）的表面活化预处理
3.3.4 CNTs/碳布增强体的制备
3.4 表面改性预处理对CNTs/碳布及其增强复合材料的影响
3.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
3.4.2 对CNTs/碳布拉伸性能的影响
3.4.3 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
3.4.4 对CNTs/碳布增强复合材料断面形貌的影响
2O2处理对碳布表面改性效果的对比分析"> 3.5 NaOH与H2O2处理对碳布表面改性效果的对比分析
3.5.1 改性碳布的FTIR分析
3.5.2 改性碳布的XPS分析
3.5.3 改性碳布的XRD分析
3.5.4 改性碳布的拉曼光谱分析
3.6 本章小结
第四章 催化工艺参数对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.1 前言
4.2 CNTs/碳布增强体及其复合材料的制备
4.2.1 不同催化剂前驱体浸渍时间下CNTs碳布增强体的制备
4.2.2 不同催化剂种类下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.3 不同催化剂还原温度下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.4 不同催化剂还原时间下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.5 CNTs/碳布增强复合材料的制备
4.3 浸渍时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.3.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.3.2 对CNTs/碳布交叉点处形貌的影响
4.3.3 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.3.4 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.4 催化剂种类对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.4.2 对CNTs微观结构的影响
4.4.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.4.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.4.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.5 还原温度对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.5.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.5.2 对CNTs微观结构的影响
4.5.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.5.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.5.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.6 还原时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.6.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.6.2 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.6.3 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.6.4 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.7 本章小结
第五章 CVD工艺参数对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.1 前言
5.2 碳布一步法生长CNTs及其复合材料的制备
5.2.1 不同生长温度下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.2 不同生长时间下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.3 不同氢气比例下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.4 CNTs/碳布增强复合材料的制备
5.3 生长温度对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.3.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.3.2 对CNTs微观结构的影响
5.3.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
5.3.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.3.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.4 生长时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.4.2 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.4.3 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.5 氢气比例对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.5.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.5.2 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
5.5.3 对CNTs微观结构的影响
5.5.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.5.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.5.6 对CNTs/碳布增强复合材料断面形貌的影响
5.6 CNTs对碳布拉伸强度的增强机理
5.7 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
参与的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Growth Temperature on Carbon Nanotube Grafting Morphology and Mechanical Behavior of Carbon Fibers and Carbon/Carbon Composites[J]. Lei Feng,Ke-Zhi Li,Jin-Hua Lu,Le-Hua Qi. Journal of Materials Science & Technology. 2017(01)
[2]国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势[J]. 张定金,陈虹,张婧. 新材料产业. 2015(05)
[3]碳纤维在国防军工领域中的应用（2）[J]. 贺福,李润民. 高科技纤维与应用. 2007(01)
[4]碳纤维增强复合材料的应用现状[J]. 苏小萍. 高科技纤维与应用. 2004(05)
博士论文
[1]碳纤维表面生长碳纳米管/碳纳米纤维及其增强复合材料的研究[D]. 范汶鑫.山东大学 2016
本文编号：3159642
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：107 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 碳布增强复合材料的研究
1.2.1 应用现状与发展前景
1.2.2 受限因素
1.2.3 改进措施
1.3 CNTs/碳布增强复合材料的研究
1.3.1 CNTs/碳布增强复合材料的制备方法
1.3.2 CNTs/碳布增强复合材料力学性能的增强机制
1.4 目前存在的问题
1.5 本文的研究目的与研究内容
第二章 实验材料及实验方法
2.1 技术路线
2.2 实验材料与实验设备
2.2.1 实验材料
2.2.2 实验设备
2.3 碳布/碳纤维表面生长CNTs的工艺过程
2.3.1 碳布/碳纤维脱浆处理
2.3.2 碳布/碳纤维表面改性预处理
2.3.3 碳布/碳纤维表面加载催化剂
2.3.4 碳布/碳纤维表面生长CNTs
2.4 测试及表征方法
2.4.1 CNTs/碳布及其增强复合材料的FESEM表征
2.4.2 CNTs/碳布微结构的HRTEM表征
2.4.3 CNTs/碳布结构有序度的拉曼光谱表征
2.4.4 CNTs/碳布的单丝拉伸强度表征
2.4.5 碳布表面官能团的FTIR定性表征
2.4.6 碳布表面化学成分的XPS定量表征
2.4.7 碳布晶体结构的XRD表征
2.4.8 CNTs/碳布增强复合材料的ILSS表征
第三章 表面改性预处理对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
3.1 前言
3.2 单向碳纤维的电化学处理改性
3.2.1 碳纤维的电化学处理与CNTs/碳纤维的制备
3.2.2 电化学改性对碳纤维生长CNTs形貌与性能的影响
3.2.3 碳布表面改性的困难性分析
3.3 碳布的表面改性预处理及CNTs/碳布增强体的制备
3.3.1 热解碳（PyC）的表面沉积预处理
3.3.2 氢氧化钠（NaOH）的表面蚀刻预处理
2O2）的表面活化预处理"> 3.3.3 双氧水（H2O2）的表面活化预处理
3.3.4 CNTs/碳布增强体的制备
3.4 表面改性预处理对CNTs/碳布及其增强复合材料的影响
3.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
3.4.2 对CNTs/碳布拉伸性能的影响
3.4.3 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
3.4.4 对CNTs/碳布增强复合材料断面形貌的影响
2O2处理对碳布表面改性效果的对比分析"> 3.5 NaOH与H2O2处理对碳布表面改性效果的对比分析
3.5.1 改性碳布的FTIR分析
3.5.2 改性碳布的XPS分析
3.5.3 改性碳布的XRD分析
3.5.4 改性碳布的拉曼光谱分析
3.6 本章小结
第四章 催化工艺参数对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.1 前言
4.2 CNTs/碳布增强体及其复合材料的制备
4.2.1 不同催化剂前驱体浸渍时间下CNTs碳布增强体的制备
4.2.2 不同催化剂种类下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.3 不同催化剂还原温度下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.4 不同催化剂还原时间下CNTs/碳布增强体的制备
4.2.5 CNTs/碳布增强复合材料的制备
4.3 浸渍时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.3.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.3.2 对CNTs/碳布交叉点处形貌的影响
4.3.3 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.3.4 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.4 催化剂种类对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.4.2 对CNTs微观结构的影响
4.4.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.4.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.4.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.5 还原温度对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.5.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.5.2 对CNTs微观结构的影响
4.5.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.5.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.5.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.6 还原时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
4.6.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
4.6.2 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
4.6.3 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
4.6.4 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
4.7 本章小结
第五章 CVD工艺参数对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.1 前言
5.2 碳布一步法生长CNTs及其复合材料的制备
5.2.1 不同生长温度下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.2 不同生长时间下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.3 不同氢气比例下CNTs/碳布增强体的制备
5.2.4 CNTs/碳布增强复合材料的制备
5.3 生长温度对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.3.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.3.2 对CNTs微观结构的影响
5.3.3 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
5.3.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.3.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.4 生长时间对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.4.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.4.2 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.4.3 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.5 氢气比例对碳布生长CNTs及其复合材料的影响
5.5.1 对CNTs/碳布表面形貌的影响
5.5.2 对CNTs/碳布石墨化程度的影响
5.5.3 对CNTs微观结构的影响
5.5.4 对CNTs/碳布拉伸强度的影响
5.5.5 对CNTs/碳布增强复合材料ILSS的影响
5.5.6 对CNTs/碳布增强复合材料断面形貌的影响
5.6 CNTs对碳布拉伸强度的增强机理
5.7 本章小结
第六章 结论
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
参与的科研项目
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]Effect of Growth Temperature on Carbon Nanotube Grafting Morphology and Mechanical Behavior of Carbon Fibers and Carbon/Carbon Composites[J]. Lei Feng,Ke-Zhi Li,Jin-Hua Lu,Le-Hua Qi. Journal of Materials Science & Technology. 2017(01)
[2]国内外碳纤维及其复合材料产业现状及发展趋势[J]. 张定金,陈虹,张婧. 新材料产业. 2015(05)
[3]碳纤维在国防军工领域中的应用（2）[J]. 贺福,李润民. 高科技纤维与应用. 2007(01)
[4]碳纤维增强复合材料的应用现状[J]. 苏小萍. 高科技纤维与应用. 2004(05)
博士论文
[1]碳纤维表面生长碳纳米管/碳纳米纤维及其增强复合材料的研究[D]. 范汶鑫.山东大学 2016
本文编号：3159642
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3159642.html
