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题目:连续碳纳米管纤维表面处理及其与树脂粘结特性实验研究

关键词:连续碳纳米管纤维,纳米复合材料,界面,力学性能,导电性

  摘要

连续碳纳米管纤维(CNT纤维)是由纳米级碳管材料通过组装形成的直径在微米级、长度方向连续的纤维材料,旨在发挥碳纳米管的优异性能,其中如何实现CNT纤维的高性能化和制备树脂基复合材料是十分重要的研究方向。与其他纺丝方法相比,阵列纺丝法制备碳纳米管纤维的纺丝过程简便,纤维结构和性能可设计性强,因而受到了国内外学者的高度关注。本论文系统研究了阵列法制备的乙醇浸润的连续碳纳米管纤维的改性工艺,分别考察了酸化处理和聚酰亚胺树脂浸润改性前后的性能变化。为研究纤维/树脂浸润复合性能,对纤维/树脂浸润的形态进行了表征和分析,并对阵列与树脂浸润的物理化学作用进行了探讨,在此基础上采用单丝断裂法和微脱粘法研究了碳纳米管纤维/树脂复合体系的界面性能,及水浸条件对界面性能的影响。结果表明:酸化处理对纤维的力学性能贡献不大,但却能大大提高纤维的电导率。并且酸用量、混合酸比例、水洗条件等因素对酸化后纤维的性能影响较大;后处理温度对力学性能影响较小,但高温处理会使纤维电导率的上升程度有所下降;树脂浸润能够显著提高纤维的力学性能。在阵列纺丝过程中加入树脂,树脂能够浸入到纤维内部,对力学性能影响较大,但不同树脂的浸润程度和性能有很大差别,纤维的表面和截面形态有很大差异;后期浸润树脂时受纤维致密结构的影响,浸润状态与纺丝过程中树脂的浸润程度有差别;环氧和聚酰亚胺树脂浸润阵列后都能与碳管发生化学反应,但浸润形态有一定的差别。单丝断裂法能够有效表征碳纳米管纤维/树脂的界面性能,微脱粘法不适于表征该类材料体系的界面性能;水浸能明显降低PI浸润阵列纺丝纤维/环氧A0体系的界面剪切强度,下降程度随水浸时间的延长而增大;水浸能使CVD纺丝纤维/A0体系的界面粘结性能产生下降的趋势。