碳纳米管环氧树脂复合材料的制备及其物理性能研究.pdf.pdf

天津大学
硕士学位论文
碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备及其物理性能研究
姓名:董宁
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:封伟
20080601
中文摘要关键词:环氧树脂作为一种常见的工业原料,以其多方面的优异性能被广泛的应用于化工行业的各个领域,但是由于其含有大量的环氧基团,固化时交联密度大,因此性脆、冲击性差,耐热性较低,而且导电性能尤其差。碳纳米管自从发现以来,以其优异的力学性能、电学性能、热学性能等被应用在聚合物包括环氧树脂的改性中。本文以碳纳米管和环氧树脂为原料,制备了一种新型的、具有优异的力学性能、导电性能、耐热性能的复合材料,并对该复合材料内部导通网络的形成进行理论计算和预测。‘本课题通过碳纳米管改性环氧树脂/双马来酰亚胺不焯逑堤岣吡烁复合材料的力学性能、耐热性以及导电性能。并以二苯基甲烷二异氰酸酯庸和碳纳米管为原料,合成了一种新型的碳纳米管/复合材料。具体步骤为:首先用氧化性酸对多壁碳纳米管进行酸化改性,使其表面带有羧基;然后在无水的条件下将酸化的多壁碳纳米管和二苯基甲烷二异氰酸酯进行反应。然后根据有机酸与环氧基团的反应原理,将酸化的碳纳米管在一定条件下和环氧树脂进行反应。最后将上述两种反应的物质混合制备共价改性多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。通过多种导通网络模型计算环氧树脂/碳纳米管复合体系中导通网络形成的渗阈值和碳纳米管的含量关系,再和实验结果相对比。此外,本文还讨论了该复合材料的力学性能、热性能、电性能及微观形貌的分析,研究了碳纳米管含量、羧基丁腈橡胶含量以及各类改性工艺对该复合材料各项性能的影响。环氧树脂多壁碳纳米管双马来酰亚胺二苯基甲烷二异氰酸酯固化导通网络
緊怕貼,瓸,//——猟。,吼’琣猘賚,,甀.,瓼,.,痳一瑆,琽:
学位论文作者签名:氇寺雀彳签钏舞:。睁翭;签字嗣期:侥暾茧邢纭l独创性声明签字期:&,也不包含为获得:墨盗盘鲎或其他教龠机构的学位或证本学位论文作者完全了解基盎盘堂特授权基凄盘茎可以将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库邀行检本人声甥所呈交的学位论文笼本人在导师指导下进行勰骈究盒襸:和取得瀚研究成果,除了文中特别加以标注和致跗之处外,论文中不包含其他人已经发表书丽使用过的材料。与我一圜工作的嘲志对本研究所徽的任何炎献均已在论文中作了明确的说明并表示了谓狻有关保罄、使用学位论文的规定。索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供盘阅和借阅。同:邕学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ǔ蚊学位论文作者签名:导师签名:
,纳米科技以其独特的产生发展和应用方式逐渐的深入到人类社会衣食住行用的各个方面,甚至影响人类传统的思想方式和生活方式。纳米材料之所以具有广阔的应用前景,是因为它具有许多不同于常规材料的独特效应如量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及宏观量子隧道效应等。纳米科技既包括物理、化学、材料和生物等的设计,又包括信息、微电子、精密仪器、计算机、能源、化工、纺织、医药、航空航天等领域的设计、制造、测量、控制和合成的多种技术。年,日本目蒲Ъ曳沟撼文小綢】诟叻直嫱干涞缇下观察电弧设备中由石墨形成的产物时,意外发现了具有纳米尺度直径的碳管。由于纳米碳管的特殊结构、特性以及巨大的应用前景,使得对纳米碳管的研究从其发现到现在,始终得到超乎寻常的重视。碳纳米管,又名巴基管,是一种具有特殊结构断虺叽缥D擅琢考叮嵯虺叽缥N⒚琢考丁⒐茏恿蕉嘶旧隙挤饪的一维量子材料。被发现以来,其制备方法被广泛研究,迄今为止有多种方法可以制备,但尤以电弧放电法缒ǖ缂ǚ,激光烧蚀法す馊冉夥和催化裂解法喑粱虺艭较为有效【俊=掖即化裂解法制备的单壁碳纳米管在氦气保护下,于婧图姿岱从频昧可直接溶解于水、乙醇、丙酮等极性溶剂的单壁碳纳米短管。该合成工艺非常简单,既防止了新合成碳纳米管暴露于空气中发生团聚,又充分利用新合成碳纳米管的高化学反应活性,与甲酸反应得到了羧基化单壁碳纳米管。高的羧基化程度使得其具有非常好的溶解性能。电弧放电法制备碳纳米管年饭岛首先用该方法发现了。此后该方法获得了较快的发展,由于
.寄擅坠艿慕峁该方法可以获得具有较高程度石墨化结构的,所以十分适用于理论研究的需要。饭岛先生首次合成使用石墨电极氮气氛保护阳极直径跫本,两极间距小于缁≈绷骺纱锏电流密度为/缪刮~跫铣粱锷伤俾饰/友艏险舴⒌氖ɑ岵糠肿;为碳黑和烟灰,一部分沉积在电弧箱壁上,另一部分沉积在阴极上与混在一起,难以分离。激光烧蚀法制备碳纳米管年,热耸状斡么朔ㄊ迪至薙的批量制备。通过激光蒸发过渡金属与石墨的复合材料棒制备出T谝怀ば问⒐苤屑浞胖靡桓属催化剂/石墨混合的石墨