文摘

羟化多层碳纳米管(MWNTs) /环氧树脂纳米复合材料是用超声波分散和铸造成型。羟化的影响MWNTs内容反应活性的复合材料进行了探讨。弯曲和电特性进行了研究。透射电子显微镜是用来描述纳米复合材料的微观结构。因此,纳米复合材料的反应活动获得MWNTs含量增加而提高。当MWNTs复合材料的内容是1 wt %,比纯树脂,抗弯强度从143 Mpa提高到156 Mpa,模量从3563 Mpa提高到3691 Mpa,和纳米复合材料的体积和表面电阻降低两个数量级,分别。

1。介绍

碳纳米管),因为他们发现在1991年(1),已经产生了巨大的科学和工程活动在许多地区由于其前所未有的物理和化学性质(2- - - - - -4]。理论分析和试验研究表明,他们的非凡的机械性能,高的化学稳定性、热稳定性、良好的导电性,独特的纳米效应,等等使碳纳米管的理想范围广泛的应用,如纳米电子学、纳米机械系统、电子场发射和传感器(5,6]。特别是碳纳米管用于改善聚合物的机械和电气性能,因为类似的链段结构的碳碳之间的共价键的碳纳米管和聚合物矩阵。由于无电抗的MWNTs表面,很难实现有效的分散在聚合物基体。MWNTs增强聚合物的实现需要一个均匀分散和强大的界面MWNTs和聚合物之间的相互作用。为了解决这个问题,目前的工作在进展共价表面活性剂或polymer-wrapping MWNTs修改和共价功能化利用开放式和井壁化学。近年来,研究人员努力在表面改性增强聚合物基复合材料的属性(7- - - - - -10]。

环氧树脂是一种热固性环氧树脂聚合物,可用于各种各样的应用程序,因为它的属性,如热稳定性、机械反应,和电阻。在一般情况下,环氧树脂以其优异的附着力,化学和耐热性,良好的机械性能,电绝缘性能(11,12),但咖喱混合环氧树脂的催化剂是脆弱和冲击强度较低。因此有必要加强环氧树脂,以扩大其应用程序(13]。

在目前的工作,羟化MWNTs (MWNTs哦)被添加到环氧树脂和用MWNTS做准备哦/环氧树脂纳米复合材料。纳米复合材料的凝胶时间和固化动力学进行了研究,以及他们的机械和电气性能测试。

2。实验方法

2.1。材料

的羟化MWNTs (MWNTs哦)用于本研究合成化学汽相淀积(CVD),由成都有机化学有限公司提供,MWNTS的平均直径哦(羟化内容:3.06 wt %)约为20 - 30纳米,长度是几个微米,纯度> 95 wt %。的MWNTS哦是用于我们的实验没有进一步净化。830环氧树脂(环氧树脂的0.56 - -0.61 eq / 100 g)是由无锡Di 'aisheng环氧树脂有限公司有限公司芳烃硬化剂(新山- 590)的酸值660 - 685 mgKOH / g是由Dalian-Jinshi化工。这个公式是75环氧树脂固化剂100地区的部分地区。

2.2。制造MWNTS哦/环氧树脂纳米复合材料

的MWNTS哦在80°C添加到环氧树脂以降低环氧树脂的粘度。填料质量分数从0 wt % 5 wt %分散在环氧树脂,用(1200 W超声波细胞粉碎机)1小时。冷却到室温后,固化剂添加到均匀混合物,加剧了30分钟。由此产生的混合物被带进一个预热钢模具涂有脱模剂。模具上产生的混合物在80°C下真空脱气30分钟去除泡沫。混合物在80°C治愈1小时,其次是3 h 120°C和另一个3小时完成交联反应在140°C。

2.3。测量

MWNTS哦分散在环氧矩阵是通过透射电子显微镜观察(TEM日立公司(日本东京)h - 800)。这部电影和样品厚度的1μ米的MWNTS哦环氧基树脂nanocompsites被超微切片机切准备。

差示扫描量热法(DSC)跟踪收集使用Q1000 TA仪器的加热速度10°C /分钟。

凝胶时间是由plate-spinning方法。混合物被放入盘子在指定温度下获得所需时间的间隔胶体溶液成为半固体的果冻或凝胶。

抗弯性能测量使用万能试验机下三点加载方案(GB / t2571 - 1995)和样本大小是80 mm×15毫米×4毫米。十标本每个纳米复合材料进行了测试和计算平均值和标准偏差。

体积和表面电阻测量超高电阻(1017和在临床上 )检测仪器(ZC36),样本量是100 mm×100 mm×4毫米。

3所示。结果与讨论

3.1。MWNTS的影响哦纳米复合材料的凝胶时间

的凝胶时间反映效果与温度有关的活动的系统。在这个过程中,MWNTS的影响哦内容上的环氧树脂的凝胶时间根据不同的温度测试(如图1)。它表明,MWNTS的凝胶时间哦/环氧树脂纳米复合材料与MWNTS的增加减少哦内容。此外,凝胶时间往往是一致的在更高的温度和最短当MWNTS内容是5%。它表明MWNTS哦加速环氧树脂的固化反应,提高反应活性较低的温度。这可能与羟化集团MWNTS表面哦而参与环氧树脂体系的固化反应。


图1
凝胶时间MWNTS哦/环氧树脂纳米复合材料和温度。
3.2。MWNTS的影响哦纳米复合材料的热行为

DSC被用来描述MWNTS的热性能哦/环氧树脂纳米复合材料。反应焓( )获得的DSC曲线和基线之间的区域整合 作为单位。图2和表1展示MWNTS的固化反应的过程哦MWNTS /环氧树脂纳米复合材料具有不同的内容哦。结果表明,峰值温度( )减少,但是 增加了。进一步解释说,反应活性增加,固化反应是容易发生在较低的温度。很明显,环氧树脂的self-catalyzed反应是由羟基诱发的。羟化组MWNTS表面哦参与环氧树脂的反应降低反应的温度,增加交联反应导致的增加 。

表1
MWNTS的影响哦在纳米复合材料的热性能。

图2
MWNTS的影响哦在纳米复合材料的热性能。
3.3。MWNTS的影响哦纳米复合材料的弯曲性能

环氧树脂纳米复合材料的弯曲强度和弯曲模量与不同添加比例的MWNTS哦图中描述的是3。它表明,当MWNTS的内容哦是1%,其挠曲强度从143 MPa提高到156 MPa和弯曲模量从3563 MPa提高到3691 MPa的最大价值,而整洁的树脂。集团-哦MWNTS表面哦参与固化反应和矩阵和MWNTS之间形成良好的界面结合哦。此外,microforce相互锁定生产、不饱和悬空债券的外墙形成化学键,MWNTs之间的范德华力和衬底可以发挥重要作用均匀分散MWNTs弯曲,提高财产(14]。

(一)
(一)
(b)
(b)
图3
MWNTS的影响哦弯曲性能的纳米复合材料(弯曲强度(一),(b)弯曲模量)。

当MWNTS的内容哦进一步增加,纳米复合材料弯曲性能下降。低效率的改进在更高的内容是由于越来越多的观察聚结,不能有效传递外力。地区结块形成压力点导致裂缝的产生源,而降低力学性能(15]。此外,MWNTS哦剪切和MWNTS的长度吗哦成为短由于强大的超声功率损失MWNTs的属性,所以改善力学性能的影响是减少(见图5)。

3.4。MWNTS的影响哦在纳米复合材料的电性质

导电纳米粒子在聚合物基质中的应用应该降低电阻。纳米复合材料的实验结果如图所示4。体积和表面电阻率与MWNTS的增加减少哦内容。当内容是2%,体积和表面电阻率的值降低两个数量级。良好的导电电路MWNTS的形成哦在聚合物基质可以提高复合材料的电性质。电荷载体MWNT的材料导致行为的纳米复合材料。然而,由于MWNT成为短的长度在超声过程中,体积和表面电阻率下降低于先前的报道(16]。这是符合的结果冯et al。17),长宽比影响电导率。


图4
MWNTS的影响哦在纳米复合材料的电性质。
(一)
(一)
(b)
(b)
图5
MWNTS的TEM图像哦/环氧树脂纳米复合材料。
3.5。MWNTS的微观结构哦在环氧矩阵

图5是MWNTS TEM图像哦在环氧矩阵(1%),黑线是分散MWNTS哦。没有结块现象的聚合物矩阵因为表面的羟基MWNTS哦与环氧树脂有良好的兼容性。较短的高纵横比图所示5大约30 nm直径和100海里长度也提高了分散但损坏机械和电气性能,进一步导致改善纳米复合材料的性质被降低了。

4所示。结论

的MWNTS哦/环氧树脂纳米复合材料是由熔体混合。有一个均匀的分散在聚合物基质MWNTS哦通过超声波治疗。所以MWNTS哦提高反应活性,提高复合材料的弯曲和电气性能,而较短的高纵横比损害MWNTS的弯曲和电气性能哦使改进后的情感作用的复合属性在一定程度上减少。

确认

作者大大承认项目优先资助的学术程序开发江苏高等教育机构,由江苏省重点实验室资助先进的焊接技术,开始研究基金会(635061201)从江苏科技大学和江苏省自然科学基金(批准号BK2012279)。