纳米材料对玻璃纤维的表面改性及性能研究

发布时间：2017-07-04 17:17

  本文关键词：纳米材料对玻璃纤维的表面改性及性能研究

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【摘要】：玻璃纤维作为优异的增强材料,被广泛应用于复合材料的制造中。本论文在有氧潮湿碱性条件下,通过多巴胺氧化自聚合反应在玻璃纤维表面形成聚多巴胺涂层,然后选用纳米氮化硼、纳米二氧化硅、纳米氧化锌三种纳米材料对玻璃纤维表面进行改性,其中多巴胺作为纳米粒子和玻璃纤维的连接剂,形成纳米-微米级多级复合增强结构。通过傅里叶红外光谱仪表征玻璃纤维表面的基团组成,结果表明：多巴胺涂层已成功涂覆在玻璃纤维表面。通过X射线光电子能谱(XPS),X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)分别表征玻璃纤维的表面元素组成,物相组成,表面形貌。结果表明,纳米粒子已均匀的沉积在玻璃纤维的表面。本文还研究了适用于玻璃纤维动态接触角测试方法,测试速度和测试深度对玻璃纤维动态接触角的影响,分析探讨了润湿规律,从中选择合适的树脂与改性前后的玻璃纤维进行复合,制得氮化硼改性玻璃纤维/尼龙6复合材料。通过电子万能试验机、简支梁冲击试验机、邵氏硬度计、热失重分析仪(TGA)、导热系数分析仪研究不同成分复合材料的性能。经过力学性能的分析可知,当纯玻璃纤维含量为30%时,纯玻璃纤维增强尼龙6复合材料的拉伸强度、拉伸模量、弯曲强度和冲击强度均达到最大值。当玻璃纤维含量相同,分别加入多巴胺改性后的玻璃纤维、经过纳米氮化硼改性后的玻璃纤维制得复合材料,当纳米氮化硼含量为10%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度达到最好,当纳米氮化硼含量为30%时复合材料的邵氏硬度值最大。DTA分析得到,玻璃纤维的加入玻璃纤维的加入,使复合材料的起始分解温度、最快热分解温度和终止热分解温度比纯尼龙6均有明显提高。当纳米氮化硼加入时,加速了复合材料的热分解,使起始分解温度和最快热分解温度均提前。通过导热系数测定可知,加入纳米氮化硼后复合材料的导热系数明显上升,当纳米氮化硼添加量为材料总质量的18%时,复合材料导热系数达到最大。
【关键词】：纳米材料 玻璃纤维 多巴胺 润湿 导热
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.77
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 前言8-21
• 1.1 纤维复合材料概述8
• 1.2 纤维复合材料的制备与结构8-10
• 1.2.1 纳米填料分散在聚合物基纤维复合材料8-9
• 1.2.2 纳米粒子包覆在纤维表面形成“根-须”结构9-10
• 1.3 纳米填料对聚合物/纤维复合材料的功能化10-12
• 1.3.1 耐腐蚀性能10-11
• 1.3.2 阻燃性能11
• 1.3.3 导电和导热性能11-12
• 1.4 多巴胺12-14
• 1.4.1 多巴胺的结构及聚合机理12
• 1.4.2 多巴胺对材料的表面改性研究12-14
• 1.5 润湿现象及其表征14-17
• 1.5.1 润湿现象14-15
• 1.5.2 表面自由能15
• 1.5.3 接触角和杨氏方程15-16
• 1.5.4 纤维接触角的测量方法及研究现状16-17
• 1.6 聚合物基复合材料的导热研究17-19
• 1.6.1 导热高分子的导热机理17-18
• 1.6.2 聚合物基导热材料的种类18-19
• 1.7 本论文研究目的及意义19-20
• 1.8 本论文研究主要内容及创新点20-21
• 2 实验部分21-30
• 2.1 实验原料21
• 2.2 本实验所用主要仪器设备21-22
• 2.3 表面复合纳米粒子的玻璃纤维的制备22
• 2.3.1 玻璃纤维表面沉积聚多巴胺22
• 2.3.2 玻璃纤维表面涂覆纳米粒子22
• 2.4 润湿实验22-27
• 2.4.1 动态接触角的测试方法及原理23
• 2.4.2 测试操作方法23-26
• 2.4.3 纤维表面能测试原理和方法26-27
• 2.4.4 改性后的玻璃纤维与尼龙6复合材料的制备27
• 2.5 改性前后玻璃纤维性能的测试27-28
• 2.5.1 傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析27
• 2.5.2 扫描电镜(SEM)分析27
• 2.5.3 X-射线衍射(XRD)分析27
• 2.5.4 X-射线光电子能谱(XPS)分析27
• 2.5.5 动态接触角的测量27-28
• 2.5.6 不同纤维表面能的计算28
• 2.6 复合材料的性能测试28-30
• 2.6.1 拉伸性能测试28
• 2.6.2 弯曲性能测试28
• 2.6.3 缺口冲击测试28
• 2.6.4 表面邵氏硬度测试28
• 2.6.5 热失重(TGA)分析28-29
• 2.6.6 复合材料导热性能测试29-30
• 3 结果与讨论30-55
• 3.1 改性后玻璃纤维的性能分析30-43
• 3.1.1 改性后玻璃纤维的红外光谱(FTIR)分析30
• 3.1.2 改性前后玻璃纤维的表面形态30-31
• 3.1.3 X射线衍射(XRD)分析31-33
• 3.1.4 X射线光电子能谱(XPS)分析33-35
• 3.1.5 单一玻璃纤维动态接触角分析35-40
• 3.1.6 纤维表面自由能的计算与分析40-43
• 3.2 纳米氮化硼改性玻璃纤维增强尼龙6复合材料的性能研究43-55
• 3.2.1 玻纤含量对复合材料力学性能的影响43-46
• 3.2.2 玻璃纤维表面改性后对复合材料力学性能的影响46-51
• 3.2.3 玻璃纤维表面改性后对复合材料热稳定性的影响51-52
• 3.2.4 玻璃纤维表面改性后对复合材料导热性能的影响52-55
• 4 结论55-57
• 5 展望57-58
• 6 参考文献58-65
• 7 攻读硕士学位期间发表论文情况65-66
• 8 致谢66

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