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10碳纳米管在橡胶工业中的应用研究进展崔小明摘 要：碳纳米管(CNTs)独特的结构使其具有超高的强度、极大的韧性、独特的导电、导热等性能，作为增强材料在橡胶工业中具有重要的应用。
介绍了碳纳米管在天然橡胶、合成橡胶以及多种橡胶并用方面的应用研究进展，指出了其今后的发展前景。
关键词：碳纳米管；天然橡胶；合成橡胶；橡胶并用；应用研究进展碳纳米管(C N T s)具有与炭黑相似的表面结构和化学组成，具有密度小、比表面积大、热化学稳定性好、力学性能优异、电磁性能和场发射性能良好等优点，作为一维结构的纳米填充材料不仅可以显著改善橡胶复合材料的导电、导热和力学等性能，同时也可赋予橡胶材料高强度、低膨胀、高耐磨、高导电、高导热等性能，在橡胶工业中具有广泛的应用。
介绍了CNTs在天然橡胶、合成橡胶以及多种橡胶并用方面的应用研究进展，指出了其今后的发展前景。
1 在天然橡胶中的应用太原理工大学化学化工学院李龙等[1]为了提高CO2分离膜的性能,将多壁碳纳米管（MWCNTs）添加到天然橡胶（NR）中制备NR/MWCNTs混合基质膜。
考察了MWCNTs含量对混合基质膜机械性能的影响，研究了MWCNTs含量、进料气压力和热交联时间对NR/MWCNTs混合基质膜CO2分离性能的影响以及膜的耐老化性能。
结果表明，随着MWCNTs的增加，混合基质膜的C O2渗透系数逐渐增加，而CO2/N2选择性先增加后减少；当MWCNTs与NR的质量比为2.0%，混合基质膜的气体分离性能达到最优，其C O2渗透系数和C O2/N2选择性分别为138B a r r e r和12.5。
随着压力的增加，膜的C O2渗透系数和CO2/N2选择性逐渐增加。
当热交联时间为24h，在压力为2bar下，MWCNTs与NR的质量比为2.0%的NR/MWCNTs混合基质膜的CO2渗透系数和CO2/N2选择性分别为95Barrer和16.8；且热交联的膜比未交联的混合基质膜具有更优异的耐老化性能。
收稿:2011-04-25;修回:2011-07-18;基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009A A03Z528);作者简介:邱军,男,工学博士,教授,博士研究生导师,研究方向为高性能聚合物基复合材料;E -mail :qiujun @tong ji .edu .cn .碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展邱 军,陈典兵(同济大学材料科学与工程学院,先进土木工程材料教育部重点实验室,上海 201804) 摘要:碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。
本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。
从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。
关键词:碳纳米管;碳纤维;环氧树脂;三相复合材料引言日本科学家Iijim a [1]在1991年首次发现碳纳米管(CN Ts )。
碳纳米管具有着优异的力学、电性能和热性能,抗拉强度达到200GPa ,弹性模量可达1TPa ,并且具有低密度、高长径比等结构特点,因此成为聚合物复合材料的理想增强材料。
碳纤维(CF )具有十分优异的力学性能,同时耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、低热膨胀系数、导电导性、电磁屏蔽性优良等。
碳纤维复合材料同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域[2]。
环氧树脂(EP )是一种高性能复合材料基体,具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、黏接性能和低收缩性能。
当前以环氧树脂为基体的高性能复合材料应用广泛,碳纳米管/环氧树脂复合材料和碳纤维/环氧树脂复合材料凸显了优异的力学和综合性能,那么如何再进一步提高这两类复合材料的性能呢?本文在简要综述碳纳米管和碳纤维对环氧树脂复合材料性能改善的前提下,进一步综述了碳纳米管/碳纤维/环氧树脂三相复合材料的研究进展,并对其可能的发展进行了预测。
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
碳纳米管与碳纤维的生长及其应用研究碳纳米管(CNT)和碳纤维(CF)是两种独特的材料，拥有许多优异的物理性质和应用潜力。
CNT是由碳原子围绕着中心轴线成穹顶状排成的管状结构，而CF则是由大量细小的碳纤维缠绕聚合而成。
这两种材料的生长机制和应用研究日益引起科学家的关注。
1.碳纳米管的生长机制碳纳米管最初是由日本科学家尘烟秀男通过电弧放电法在石墨电极上制备出来的，随后有多种生长方法被发明并得到了广泛应用。
其中，最为常见的方法是基于化学气相沉积法(CVD)，具体过程是，在一定温度下将碳源(如甲烷)与催化剂(如氧化镍)作用于CVD反应器中，形成的碳原子在催化剂表面的孔洞中聚集，随后形成管状结构并随气流被带走。
这个过程中，温度、气流速度和气相化学反应等参数都会影响CNT的生长速率和形貌，因此需要通过不断优化反应条件和控制催化剂表面形貌来获得理想的CNT。
除了CVD法之外，还有许多其他生长方法，如射频等离子体法、激光热解法、化学还原法等，它们各有优缺点，且能够制备出不同品质和形态的CNT。
对CNT的生长机制的深入探究以及对不同生长条件下CNT的生长形貌和性能的研究，能够为CNT的大规模制备和优化提供宝贵的理论和实践指导。
2.碳纤维的生长机制与CNT相比，碳纤维是一种更为传统和成熟的碳材料，其生长机制主要涉及碳化纤维的制备及碳化反应。
晶体结构的研究显示，CNT其实是由一层层的类石墨纳米片叠加而成，而纤维则是由纳米片层叠后再聚集成束。
因此，纤维的生长主要包括聚结和碳化两个过程：首先是聚结过程，其中纤维毛细力作用引起了类石墨片层的分布排列，形成初步连续的CBN(碳化硼氮)网络结构。
之后是碳化过程，即将预制的CBN网络结构在高温下用溶剂稀释制成流动的碳源溶液，再将其放在内部练制好的石墨坯体中，在真空或者惰性气氛中，经过热熔并反应生长出纤维形态的炭/碳或其复合材料。
纤维的生长过程主要受制于碳化速率及溶液纯度等因素，并且同时也能对于纤维性能的表现产生重要的影响。
Material Sciences 材料科学, 2020, 10(12), 952-956Published Online December 2020 in Hans. /journal/mshttps:///10.12677/ms.2020.1012114碳纳米管(CNT)纯化研究进展王白雪1，蒋姝1，陈顺才1，黄承洪21重庆轻工职业学院，重庆2重庆科技学院，重庆收稿日期：2020年11月16日；录用日期：2020年12月14日；发布日期：2020年12月21日摘要碳纳米管自被发现以来，由于其独特的分子结构与电化学特性，有望在物理、化学、生物等领域获得巨大的应用，而引起广泛的重视。
但由于规模化生产等工艺原因导致其含有较多的杂质，获得纯净的单壁(SWCNT)就显得较为困难。
本文就当前SWCNT的纯化方法包括氧化法、生物高聚物法、卟啉超分子法等纯化SWCNT进行了综述，为该领域的研究者们提供参考。
关键词碳纳米管，纯化Research Progress of Single Wall CarbonNanotubes (CNT) PurificationBaixue Wang1, Shu Jiang1, Shuncai Chen1, Chenghong Huang21Chongqing Light Industry Polytechnic College, Chongqing2Chongqing University of Science and Technology, ChongqingReceived: Nov. 16th, 2020; accepted: Dec. 14th, 2020; published: Dec. 21st, 2020AbstractCarbon nanotubes are taken more seriously importance since it was found as it has unique struc-ture and electrochemical characteristics. But, it usually carried impurities, which attributed to the inherent fabrication method of large-scale production. So, it is difficult to obtain unadulterated王白雪等CNT. This paper mainly reviews the progress of the purification of CNT by many methods including oxidation process, handling of acid, treatment of polymers and porphyrin supermolecules, etc. It aims to offer references for related researchers.KeywordsCarbon Nanotubes (CNT), PurificationThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言碳纳米管(Carbon nanotubes, CNTs)被发现以来就成为业界研究的热点[1]。
碳纳米管的制备方法研究进展一、本文概述随着纳米科技的飞速发展，碳纳米管作为一种具有独特结构和优异性能的一维纳米材料，受到了广泛关注。
碳纳米管因其出色的电学、力学、热学等特性，在能源、电子、生物医疗等领域具有巨大的应用潜力。
然而，碳纳米管的规模化制备及其性能优化仍是当前研究的热点和难点。
本文旨在综述近年来碳纳米管制备方法的研究进展，分析不同制备方法的优缺点，探讨未来可能的发展方向，以期为推动碳纳米管的实际应用提供理论支持和技术指导。
文章首先回顾了碳纳米管的基本结构和性质，为后续研究方法的介绍奠定基础。
随后，重点介绍了化学气相沉积法、电弧放电法、激光烧蚀法等多种碳纳米管制备方法的研究进展，分析了这些方法在制备过程中的关键因素及其对碳纳米管性能的影响。
文章还关注了新兴制备方法如溶液法、模板法等在碳纳米管制备中的应用，以及这些方法的创新点和挑战。
通过对已有文献的梳理和评价，本文总结了当前碳纳米管制备领域的主要成果和不足，展望了未来的发展趋势。
未来，随着科学技术的不断进步，碳纳米管的制备方法将更加多样化、高效化，有望为碳纳米管的产业化发展奠定坚实基础。
二、碳纳米管的基本性质碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是一种由碳原子以特定方式排列形成的一维纳米材料，自从1991年被首次发现以来，因其独特的结构和性质，已成为纳米科学和技术领域的研究热点。
碳纳米管的基本性质主要体现在其结构、电学、热学和力学性能上。
结构上，碳纳米管可以看作是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝管状结构，这种独特的结构赋予了碳纳米管出色的物理和化学性质。
电学方面，碳纳米管因其特殊的电子结构和量子限域效应，表现出优异的导电性能，既可以是金属性，也可以是半导体性，这取决于其直径和螺旋度。
热学方面，碳纳米管具有极高的热导率，使其成为潜在的散热材料。
力学性能上，碳纳米管具有超高的强度和模量，比钢强而轻，这使得它在复合材料增强和纳米机械等领域具有广阔的应用前景。
利用碳纳米管改善混凝土性能的研究与应用随着全球建筑业的迅速发展，混凝土建筑材料也被广泛应用于各种建筑场景中。
然而，随着时间推移和科技进步，传统混凝土的性能已经难以满足日益增长的建筑需求。
因此，如何提高传统混凝土的强度、耐磨性和耐久性成为了当今建筑行业的一个重要难题。
碳纳米管是一种具有优秀机械、电学、热学和化学性质的新型材料。
近年来，众多研究表明，将碳纳米管引入混凝土中，可以大幅度提高混凝土的强度和抗裂性能，改善混凝土材料的综合性能，对于解决传统混凝土材料难以改进的问题具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍碳纳米管在混凝土性能改善方面的研究现状和应用前景。
一、碳纳米管的性质与应用碳纳米管是一种具有螺旋结构的碳纤维，主要呈现出管状、棒状和薄片状等形态。
它不仅具有高强度、高弹性模量，而且具有良好的机械性能和导电性能。
由于其独特的结构和性质，碳纳米管已经被广泛应用于纳米材料、化学传感器、电子元件、生物医学材料等领域。
与此同时，碳纳米管也逐渐被应用于混凝土材料的改性领域。
研究表明，将碳纳米管掺入混凝土中可以大幅度提高混凝土的强度和耐久性能，从而取代传统的混凝土材料，为建筑工业带来更好的性能和寿命。
二、碳纳米管对混凝土性能的改善1.改善混凝土的强度研究表明，加入碳纳米管后，混凝土的强度能够得到显著提高。
在混凝土中添加1%的碳纳米管可以将混凝土的抗拉强度提高20%以上，同时还能改善混凝土的压实强度和压缩强度。
这是因为，碳纳米管的高强度和高刚度特性可以有效地增强混凝土材料的力学性能。
2.优化混凝土的微结构研究表明，将碳纳米管添加到混凝土中可以对混凝土的微观结构进行优化。
碳纳米管的高比表面积可以显著改善混凝土的表面性质和孔隙结构，从而提高混凝土的密实度和耐久性能。
此外，碳纳米管还可以防止混凝土中晶体的生长，降低混凝土龟裂和损伤发展的风险，提高混凝土的抗裂性能。
3.提高混凝土的可持续性随着全球环境问题的日益严重，研究人员开始关注混凝土材料的可持续性。
碳纳米管的研究进展及应用一引言1.1 纳米材料纳米材料是近年来受到人们极大关注的新型领域，纳米材料的概念形成于20世纪80年代，在上世纪90年代初期取得较大的发展。
广义地说，纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料[1]。
当小粒子尺寸加入纳米量级时，其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料具有四大特点: 尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。
从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性，使纳米材料在国防、电子、化工、催化剂、医药等各种领域具有重要的应用价值。
1.2 碳纳米管碳是自然界分布非常普遍的一种元素。
碳元素的最大的特点之一就是存在多种同素异形体，形成许许多多的结构和性质完全不同的屋子。
长期以来，人们一直以为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。
直到1985年，英国科学家Kroto 和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60[2]，从此开启了人类认识碳的新阶段。
1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Iijima）发现了多壁碳纳米管（MultiWalled Carbon Nanotubes ，MWNTs），直径为4-30nm，长度为1um。
，最初称之为“Graphite tubular”。
1993年单壁碳纳米管也被发现（Single-Walled Carbon Nanotubes ，SWNTs），直径从0.4nm到3-4nm，长度可达几微米。
碳纳米管（CNT）[3]又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
它是由单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、中空的“微管”，每层由一个碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合后所构成的六边形组成的圆柱面。
碳纳米管综述碳纳米管的研究进展自20世纪90年代初，日本NEC公司的Sumio Iijima 发现碳纳米管（CNT）以来，其特异的力学和电学性质引发了世界范围内的研究热潮，碳纳米管逐渐成为纳米材料中的明星，得到众星捧月般的关注。
当前，碳纳米管的研究还处在早期阶段，研究工作主要集中在它的生长和表征上，到碳纳米管产品大量投放市场还需要一段时间。
这并不奇怪，因为通常一种新兴事物从发现到投放市场需要10年左右时间。
人们将跨越碳纳米管的奇妙性质研究阶段，而着手解决从材料到器件、从器件到系统等诸多实际问题。
相信在不远的将来，碳纳米管会走进我们的日常生活，成为我们工作和生活中不可或缺的一部分。
我国的碳纳米管研究队伍十分庞大，从事碳纳米管研究的高校和科研院所不下50家，人数不下2000人。
国家有过部门高度重视碳纳米管研究，科技部973计划、863计划以及刚刚启动的纳米重大研究计划、国家自然科学基金、中国科学院等对此均有部署。
我国科研人员发表的相关学术论文逾4400篇，占纳米管论文总数的21%以上，这反映了国内碳纳米管研究的活力和实力。
碳纳米管的分类石墨烯的碳原子片层一般可以从一层到上百层，根据碳纳米管管壁中碳原子层的数目被分为单壁和多壁碳纳米管。
单壁碳纳米管（SWNT）由单层石墨卷成柱状无缝管而形成是结构完美的单分子材料。
SWNT 的直径一般为1－6 nm，最小直径大约为0.5 nm，与C36 分子的直径相当,但SWNT 的直径大于6nm 以后特别不稳定，会发生SWNT 管的塌陷，长度则可达几百纳米到几个微米。
因为SWNT 的最小直径与富勒烯分子类似，故也有人称其为巴基管或富勒管。
多壁碳纳米管MWNT可看作由多个不同直径的单壁碳纳米管同轴套构而成。
其层数从2～50 不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。
多壁管的典型直径和长度分别为2～30nm 和0.1～50μm。
多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。
碳纳米管的研究与应用前景碳纳米管（Carbon Nanotubes，CNTs）是由碳原子组成的一种纳米材料，具有独特的结构和优异的性能，因此在科学研究和应用领域具有广阔的前景。
本文将探讨碳纳米管的研究进展和应用前景。
首先，碳纳米管具有优异的力学性能。
由于其高度有序的原子结构，碳纳米管具有卓越的机械强度和刚度。
研究者已经成功地制备了具有纤维状结构的碳纳米管，这些纤维可以用来制造强度超过钢材的高性能复合材料。
此外，碳纳米管还具有良好的柔韧性和弹性，因此可以用于制造高强度的纺织品、防弹材料和抗摩擦涂层等。
其次，碳纳米管具有出色的导电和导热性能。
由于碳纳米管中的电子能量带结构独特，使得导电性能非常优异。
此外，碳纳米管的热导率也非常高，远高于其他材料。
因此，碳纳米管可以用于制造高性能的导电器件，如高速晶体管、纳米传感器和电子设备等。
此外，碳纳米管还具有优异的化学稳定性和生物相容性。
由于碳原子的结构稳定，碳纳米管在高温、酸碱等极端环境下具有良好的稳定性。
因此，碳纳米管可以应用于催化剂、膜材料和能源存储等领域。
另外，由于碳纳米管的尺寸尺度与生物分子相近，因此具有良好的生物相容性。
研究人员已经成功地将碳纳米管应用于生物成像、药物载体和生物传感器等领域。
此外，碳纳米管还具有其他独特的性能和应用前景。
例如，碳纳米管具有光学特性，可以发射和吸收可见光和紫外光，因此可以被应用于光电器件、太阳能电池和显示技术等。
此外，碳纳米管还具有独特的气体分子吸附能力，可以用于气体传感器和气体分离等领域。
同时，碳纳米管还可以通过掺杂和功能化改善其性能，如掺杂硼、硅等原子可以调控碳纳米管的导电性能。
然而，碳纳米管的研究和应用仍面临一些挑战。
首先，大规模制备碳纳米管的方法仍然不够成熟和经济效益。
其次，碳纳米管的定量检测和表征仍然比较困难，需要开发更准确、高效的实验方法。
此外，碳纳米管的毒性和环境影响也需要深入研究和评估。
总之，碳纳米管作为一种新型纳米材料，具有独特的结构和优异的性能，因此在科学研究和应用领域具有广泛的前景。
碳纳米管制备方法的研究进展碳纳米管是一种具有独特结构的一维量子材料，由石墨碳原子层卷曲而成。
由于拥有潜在的优越性能，碳纳米管无论在物理、化学还是在材料学领域都将有重大发展前景。
近年来，美国、日本、德国和中国等国家相继成立了纳米材料研究机构，碳纳米管的研究进展随之加快，并在制备方面取得了突破性进展。
1.电弧法石墨电弧法是最早的、最典型的碳纳米管合成方法。
其原理为电弧室充惰性气体保护，两石墨棒电极靠近，拉起电弧，再拉开，以保持电弧稳定【1】。
放电过程中阳极温度相对阴极较高，所以阳极石墨棒不断被消耗，同时在石墨阴极上沉积出含有碳纳米管的产物【2】.。
由于电弧放电剧烈，难以控制进程和产物，合成物中有碳纳米颗粒、无定形炭或石墨碎片等杂质，杂质很难分离。
所以研究者在优化电弧法制取碳纳米管方面做了大量的工作。
为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert【3】将将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管的缺陷。
C.Journet【2】等在阳极中填入石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。
研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs合成。
近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。
2.催化裂解法。
催化裂解法亦称为化学气相沉积法，其原理是通过烃类或含碳氧化物在催化剂的催化下裂解而成【4】。
目前对化学气相沉积法制备碳纳米管的研究表明，选择合适的催化剂、碳源以及反应温度十分关键。
K.Hernadi等【5】发现碳源的催化活化顺序为：乙炔＞丙酮＞乙烯＞正茂烷＞丙烯≥甲醇=甲苯≥甲烷。
Ren[6]等在666℃条件下,在玻璃上通过等频磁控管喷镀法镀上厚度为40nm的金属镍,以乙炔气体作为碳源,氨气作为催化剂,采用等离子体热流体化学蒸气分解沉积法,得到了在镀有镍层的玻璃上排列整齐的阵列式碳纳米管管束。
碳纳米管改性纤维复合材料研究进展作者：范雨娇王海雷苑晓洁姜茂川王犇来源：《新材料产业》 2017年第6期文/ 范雨娇王海雷苑晓洁姜茂川王犇中航复合材料有限责任公司复合材料因其比强度、比模量高的特点在汽车、船舶、以及飞机制造工业得到了广泛应用。
但纤维增强复合材料具有各向异性的特点，其面内的抗拉强度与刚度较高，而层间性能较差。
碳纳米管( C N T s )超强的力学性能为改善复合材料层间性能提供了新途径。
纤维增强复合材料因为其比强度、比模量高以及质量轻的特点在汽车、船舶、以及飞机制造工业得到了广泛的应用。
但复合材料层板的性能存在着各向异性的特点，其面内的抗拉强度与刚度较高，而抗压缩性能以及层间性能较差。
例如复合材料层板吸收冲击载荷的能力十分有限，冲击后材料的性能会明显的下降，其原因是它的塑性较差并且界面相对薄弱。
界面决定载荷从基体向增强体传递的效率，对于复合材料强度特别是偏轴强度在一定程度上起到决定性作用；对于复合材料的损伤累积与裂纹传播历程起一定影响。
因而改善纤维复合材料层间性能也是提高复合材料综合性能的有效途径。
C N T s是新型功能材料，具有大的长径比、超高的强度和模量、韧性好、密度低、更兼具特殊的电子学性质，是复合材料的优秀改性剂和理想的功能、增强材料。
其超强的力学性能可以极大地改善聚合物基复合材料的强度和韧性。
相比于传统纤维，碳纳米管与树脂之间的应力传递效率要高出传统纤维10倍。
并且碳纳米管具有各向同性的特点。
因此，在传统复合材料中引入碳纳米管，借助其优良的力学性能、大长径比、各项同性等特点，成为了改善传统复合材料层间性能的有效途径。
碳纳米管存在于裂纹前缘还可以通过架桥作用、碳纳米管的断裂以及碳纳米管的拔出吸收能量以减缓裂纹的扩展。
从而提高其层间的断裂韧性以及使其具有一定的功能性。
目前碳纳米管改性纤维复合材料的方法可分为以下3类：通过碳纳米管对于树脂基体的改性，改善复合材料的力学性能；通过碳纳米管对于纤维进行改性，从而增加纤维与树脂界面性能以及层间性能，从而综合提高复合材料的性能；通过碳纳米管对于预浸料进行改性，从而改善复合材料的层间韧性及其他性能。
碳纳米管增强高性能纤维生产工艺碳纳米管增强高性能纤维生产工艺近年来，碳纳米管（Carbon Nanotube，简称CNT）作为一种新型纳米材料，因其出色的力学性能和导电性能，成为研究领域的热门话题。
碳纳米管的应用领域非常广泛，其中之一就是在纤维生产中增强纤维的性能。
本文将介绍一种碳纳米管增强高性能纤维的生产工艺。
首先，碳纳米管的制备是整个工艺的关键步骤。
目前，常见的制备方法有化学气相沉积法、电弧放电法和化学液相沉积法等。
其中，化学气相沉积法是最为常用的一种方法。
该方法通过将碳源气体在高温下分解，产生碳纳米管。
这些碳纳米管可以根据需要进行后续的表面修饰和功能化处理。
接下来是将碳纳米管与纤维材料进行混合。
传统的方法是将碳纳米管与纤维材料一起进行机械混合，但这种方法往往无法实现碳纳米管的均匀分散。
因此，近年来研究者们提出了一种新型的方法，即功能化碳纳米管。
通过在碳纳米管表面引入功能基团，可以增加其与纤维材料的相互作用力，从而实现碳纳米管的均匀分散。
此外，还可以利用电磁场或超声波等物理手段促进碳纳米管与纤维材料的混合。
然后是纤维的成型工艺。
传统的纤维生产工艺包括纺纱、织造和纺织等步骤。
在碳纳米管增强高性能纤维的生产中，需要将碳纳米管均匀地分散在纤维材料中，以确保纤维的性能得到增强。
因此，在纺纱和织造等过程中，需要进行适当的控制，以保证碳纳米管和纤维材料的均匀分布。
最后是纤维的热处理工艺。
碳纳米管具有较高的结晶度和导电性能，但与纤维材料的界面粘接力较低。
为了加强碳纳米管与纤维材料的结合，可以通过热处理的方式实现。
热处理过程中，碳纳米管与纤维材料之间的界面结合更加牢固，从而提高了纤维的力学性能和导电性能。
综上所述，碳纳米管增强高性能纤维的生产工艺包括碳纳米管的制备、碳纳米管与纤维材料的混合、纤维的成型和纤维的热处理等步骤。
通过合理的工艺设计和控制，可以实现碳纳米管与纤维材料的均匀分散和良好结合，从而获得高性能的纤维材料。
