碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究碳纤维增强环氧树脂基复合材料的制备及力学性能研究摘要：碳纤维增强环氧树脂基复合材料具有出色的力学性能和优异的耐腐蚀性能，因此在许多领域广泛应用。

本研究使用真空浸渍工艺制备了碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行了详细研究。

结果表明，制备过程中的浸渍时间、浸渍压力和固化温度对复合材料的力学性能有显著影响。

1. 引言碳纤维增强环氧树脂基复合材料被广泛应用于航空航天、汽车制造、体育器材等领域。

其具有轻质、高强度、高模量、优异的耐腐蚀性能等特点，因此在替代传统金属材料方面具有巨大潜力。

本研究旨在通过真空浸渍工艺制备碳纤维增强环氧树脂基复合材料，并对其力学性能进行评估和分析。

2. 实验方法2.1 材料准备碳纤维和环氧树脂材料被选作本实验的主要原料。

碳纤维具有优良的力学性能和导电性能，是制备复合材料的理想选择。

环氧树脂具有良好的粘接性能和化学稳定性，可以作为基体材料。

同时，活性固化剂和助剂用于提高复合材料的性能。

2.2 制备过程（1）将环氧树脂均匀涂布在碳纤维上；（2）将涂布好的碳纤维经过真空排气处理；（3）将预处理好的碳纤维进行真空浸渍；（4）浸渍后的碳纤维进行固化过程。

2.3 力学性能测试采用传统的拉伸试验和冲击试验评估复合材料的力学性能。

拉伸试验用于评估复合材料的拉伸强度、弹性模量和断裂应变，冲击试验用于评估复合材料的冲击强度。

3. 结果与讨论3.1 浸渍时间通过改变浸渍时间，研究了浸渍时间对复合材料力学性能的影响。

结果表明，随着浸渍时间的增加，复合材料的拉伸强度和弹性模量呈增加趋势，但当浸渍时间过长时，力学性能开始下降。

这是由于过长的浸渍时间导致材料内部产生孔隙和缺陷。

3.2 浸渍压力通过改变浸渍压力，研究了浸渍压力对复合材料力学性能的影响。

结果显示，随着浸渍压力的增加，复合材料的强度和韧性都得到了提高。

这是由于高压可以更好地填充碳纤维与环氧树脂之间的空隙，提高界面的粘合强度。

Fenton试剂作用下PVP接枝碳纳米管及其环氧复合材料的制备与性能研究丁盛1，成骏峰2，刘春林2（1.常州大学怀德学院，江苏靖江214500；2.常州大学材料科学与工程学院，江苏常州213164）摘要：为提高碳纳米管（CNTs）在环氧树脂（EP）纳米复合材料中的分散性以及两者的界面相互作用，从而制备综合性能优良的EP纳米复合材料，本研究在Fenton试剂作用下通过共价键作用将PVP高分子链接枝到CNTs表面，研究改性CNTs在乙醇和丙酮中的分散性，然后将改性后的CNTs与EP复合制备得到纳米复合材料，并对纳米复合材料的综合性能进行研究。

结果表明：利用Fenton试剂分解出具有强氧化性的HO∙，可以使PVP对CNTs传统的物理包覆改性变为具有共价键作用的化学改性，同时可以实现羟基化改性，提高了PVP的接枝率。

改性后的CNTs在乙醇和丙酮中都有较好的分散性。

改性后的CNTs与EP具有较强的界面作用，可以显著提高EP的力学性能，当改性CNTs的质量分数为0.25%时，纳米复合材料的冲击强度提高了58.6%，弯曲强度提高了5.20%。

关键词：碳纳米管；Fenton试剂；PVP接枝；分散性；纳米复合材料中图分类号：TM215文献标志码：A文章编号：1009-9239（2022）09-0016-07DOI:10.16790/ki.1009-9239.im.2022.09.003Preparation and Properties of Carbon Nanotubes Grafted by PVP Under Fenton Reagent and Its EP CompositesDING Sheng1,CHENG Junfeng2,LIU Chunlin2(1.Changzhou University Huaide College,Jingjiang214500,China;2.School of Materials Science and Engineering,Changzhou University,Changzhou213164,China)Abstract:In order to improve the dispersion of carbon nanotubes(CNTs)in epoxy resin(EP)nanocomposites and the interface interaction between them,so as to prepare EP nanocomposites with excellent comprehensive properties,polyvinyl pyrrolidone(PVP)molecular chains were grafted to the surface of CNTs by covalent bonding under the action of Fenton reagent,and the dispersion of modified CNTs in ethanol and acetone was studied.Then the modified CNTs were compounded with EP to prepare nanocomposites,and their comprehensive properties were studied.The results show that the traditional physical coating modification of CNTs by PVP can be changed into chemical modification with covalent bond through the HO∙with strong oxidation decomposed by Fenton reagent,and hydroxylation modification can be realized,which improves the grafting rate of PVP.After modification,the CNTs have good dispersion in ethanol and acetone.There is a strong interface interaction between the modified CNTs and EP,which can improve the mechanical properties of EP obviously.When the mass fraction of modified CNTs is0.25%,the impact strength and flexural strength of the nanocomposites increase by 58.6%and5.2%,respectively.Key words:carbon nanotubes;Fenton reagent;PVP grafting;dispersion;nanocomposites0引言碳纳米管（CNTs）由于其特殊的结构，在机械、光、电、磁等方面表现出卓越的性能[1-3]，成为最受关注的纳米材料之一，在化学[4]、环境[5]、生物[6]、电子[7]以及材料[8]等诸多领域具有广泛的应用前景。

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。

碳纳米管增强复合材料的力学性能研究哎呀，要说这碳纳米管增强复合材料的力学性能，那可真是一个超级有趣又充满奥秘的研究领域！咱先来讲讲什么是碳纳米管。

想象一下，有一根根极其细小的管子，比头发丝还要细好多好多倍，而且它们的管壁就像是由碳原子组成的完美队列，这就是碳纳米管啦。

有一次我在实验室里，正对着一堆材料发愁呢。

为了研究碳纳米管增强复合材料的力学性能，我得先把各种材料准备好。

那时候，我小心翼翼地操作着仪器，就跟绣花似的，生怕出一点差错。

我把碳纳米管和其他材料混合在一起，眼睛紧紧盯着，心里默默祈祷着能有个好结果。

咱们回到正题哈，碳纳米管增强复合材料的力学性能为啥这么重要呢？你想想，要是咱们能制造出一种材料，既轻巧又超级结实，那能在多少领域大显身手啊！比如说汽车制造，车子可以更轻跑得更快，还更安全；再比如航空航天，能让飞行器飞得更高更远，还能节省燃料。

从微观角度来看，碳纳米管的独特结构赋予了它超强的力学性能。

它的强度那叫一个高，就像是一个个小小的超级战士，在复合材料里发挥着巨大的作用。

当外力作用在复合材料上时，碳纳米管能够有效地分担和传递这些力量，让整个材料变得更耐折腾。

为了搞清楚这其中的门道，科学家们可是费了好大的劲儿。

做了无数次实验，分析了数不清的数据。

就像我之前在实验室里的那次经历，每一个步骤都得精心设计，每一个数据都得认真对待。

而且，不同类型的碳纳米管，还有不同的制备方法，对复合材料力学性能的影响也大不一样。

有的碳纳米管长度长一些，有的直径粗一些，有的管壁结构更复杂一些。

这就好比做菜，同样是西红柿炒蛋，放的盐多一点少一点，味道就差很多。

研究还发现，碳纳米管在复合材料中的分布和取向也至关重要。

如果它们能够整齐地排列，就像士兵排队一样，那材料的力学性能就能大大提高。

可要是它们乱成一团，那就像没组织好的队伍，战斗力自然就弱啦。

再来说说实际应用中的挑战。

要把实验室里的研究成果真正用到工业生产中，可不是一件容易的事儿。

碳纳米管增强复合材料的性能分析嘿，咱们今天来好好聊聊碳纳米管增强复合材料的性能。

这东西可有意思啦！先给您讲讲我之前的一次经历。

有一回我参加一个科技展览，在一个角落里看到了关于碳纳米管增强复合材料的展示。

那时候我就好奇，这小小的碳纳米管到底能有多大能耐呀？咱们先来说说碳纳米管增强复合材料的力学性能。

这方面可不得了，就像给材料穿上了超级铠甲！碳纳米管本身具有极高的强度和韧性，把它们加到复合材料里，那强度蹭蹭往上涨。

比如说，传统的铝合金强度还算不错吧，但是一旦加入碳纳米管，哇塞，抗压、抗拉能力那是大幅提升。

想象一下，一辆用这种增强后的铝合金制造的汽车，在碰撞的时候能更好地保护乘客，是不是很厉害？再瞧瞧它的热学性能。

这就好比给材料装了个高级的“空调”。

碳纳米管的热导率非常高，能快速地把热量传递出去或者导进来。

就拿电子设备来说，手机、电脑用久了会发热，要是里面的关键部件用了碳纳米管增强复合材料，散热效果那叫一个好，再也不用担心玩游戏玩到一半手机发烫卡顿啦。

还有电学性能，这简直就是材料世界里的“电线升级大师”。

碳纳米管具有优异的导电性，加到复合材料里，能大大提高材料的导电能力。

比如说一些电线电缆，如果采用这种增强后的材料，电能传输过程中的损耗会减少很多，既节能又高效。

说到这里，您可能会问，这碳纳米管增强复合材料这么好，是不是没有缺点啦？那可不一定！在实际应用中，制备这种材料可不容易。

碳纳米管在复合材料中的分散就是个大难题。

就好像把一把细沙子撒到一大桶水里，要让每一粒沙子都均匀分布，可不容易。

有时候碳纳米管会团聚在一起，这就会影响材料性能的发挥。

另外，成本也是个问题。

碳纳米管的制备成本相对较高，这就使得碳纳米管增强复合材料在大规模应用时受到一定限制。

但是，随着技术的不断进步，相信这些问题都会逐步得到解决。

回想我在那个科技展览上看到的展示，当时只是觉得新奇，现在深入了解后，才发现这碳纳米管增强复合材料的世界如此精彩。

环氧树脂涂层碳纳米管
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有优异的力学性能、电绝缘性能和化学
稳定性，因此在各种领域广泛应用。

碳纳米管则是一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，被认为是21世纪的重要材料之一。

将碳纳米管与环氧树脂相结合，
可以赋予新材料更多的优异性能。

环氧树脂涂层碳纳米管材料具有许多优点。

首先，碳纳米管具有极强的强度和
刚度，与环氧树脂相结合后可以增强环氧树脂的力学性能，提高材料的强度和硬度。

其次，碳纳米管具有良好的导电性能，可以使环氧树脂具有导电性，有利于在电子器件中的应用。

此外，碳纳米管还具有很高的比表面积，可以增加环氧树脂的气体和液体渗透性，提高材料的吸附性能。

环氧树脂涂层碳纳米管材料在多个领域有着广泛的应用前景。

在复合材料领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以用于制备高性能的复合材料，如航空航天领域的结构材料、汽车领域的车身材料等，可以大大提高材料的性能指标。

在电子器件领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以制备导电性能优异的材料，应用于柔性电子器件、传感器等领域。

在防腐涂料领域，环氧树脂涂层碳纳米管可以提高涂层的耐腐蚀性能，延长涂层的使用寿命。

随着碳纳米管制备技术的不断发展和环氧树脂涂层碳纳米管材料研究的深入，
相信这种新型材料将在更多领域展现出优越的性能，并为材料科学领域带来更多的创新和突破。

纳米粒子增强聚合物基复合材料的制备与力学性能研究在材料科学领域的研究中，纳米粒子增强的聚合物基复合材料引起了广泛关注。

这种复合材料结合了聚合物的优良性能和纳米材料的独特特性，具有优异的力学性能和多种应用潜力。

一、纳米粒子增强材料的制备方法制备纳米粒子增强聚合物基复合材料的方法多种多样。

其中一种常用的方法是通过溶液法将纳米粒子与聚合物相结合。

首先，选择合适的纳米粒子，如碳纳米管、氧化物纳米颗粒等，根据所需要的性能和应用目标进行选择。

然后，将纳米粒子分散在溶剂中，并与聚合物溶液进行混合。

通过搅拌、超声处理等手段，使纳米粒子均匀分散在聚合物基质中。

最后，通过热压、浇铸等方法将混合溶液固化成坚固的复合材料。

二、纳米粒子增强材料的力学性能研究方法研究纳米粒子增强聚合物基复合材料的力学性能是复合材料研究的关键之一。

常用的方法包括拉伸实验、弯曲实验和压缩实验等。

通过这些实验，可以测量复合材料的强度、韧性、模量等力学性能指标。

同时，还可以借助显微镜、扫描电子显微镜等仪器观察材料的断裂面和断裂模式，进一步分析复合材料的断裂机制。

三、纳米粒子增强材料的力学性能研究成果纳米粒子增强聚合物基复合材料的研究已经取得了一些重要成果。

例如，研究人员发现，在添加适量的纳米粒子后，复合材料的强度和韧性可以显著提高。

纳米粒子的添加可以增加材料的界面强度，提高材料的抗拉强度和断裂韧性。

此外，纳米粒子还可以改善材料的热稳定性和耐磨性等性能。

这些研究成果为纳米粒子增强聚合物基复合材料的应用提供了有力支持。

四、纳米粒子增强材料的应用前景纳米粒子增强的聚合物基复合材料具有广泛的应用前景。

首先，在汽车工业中，利用纳米粒子增强材料可以制备轻量化的车身结构，提高汽车的燃油经济性。

其次，在航空航天领域，纳米粒子增强材料可以用于制造高强度、高温耐受性的航空部件。

此外，在能源储存和转化领域，纳米粒子增强复合材料可以用于制备更高效的电池、超级电容器和燃料电池等。

碳纳米管增强复合材料的力学性能研究碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的力学性能和导电性。

随着科技的不断发展，研究人员越来越关注如何利用碳纳米管来增强复合材料的力学性能。

在本文中，我们将探讨碳纳米管增强复合材料的力学性能研究。

首先，我们需要了解碳纳米管的特性以及其对力学性能的影响。

碳纳米管具有轻质、高强度和高刚度的特点，使其成为一种理想的增强材料。

当碳纳米管嵌入在复合材料基体中时，可以显著提高复合材料的强度和刚度。

此外，碳纳米管还具有良好的导电性，使得碳纳米管增强复合材料在电子器件等领域具有广泛的应用前景。

然而，为了更好地利用碳纳米管的增强效果，我们需要深入研究其与复合材料基体的相互作用机制。

近年来的研究表明，碳纳米管与复合材料基体之间的力学耦合效应是影响复合材料力学性能的重要因素之一。

因此，研究人员通过模拟和实验的方法，对碳纳米管增强复合材料进行力学行为的研究。

在模拟方面，研究人员通常利用分子动力学模拟、有限元分析等方法，对碳纳米管增强复合材料的力学性能进行预测和优化。

通过这些模拟方法，研究人员能够探究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制，了解复合材料在不同力学加载下的响应行为，并提出相应的改善策略。

另一方面，实验是验证模拟结果和理论分析的重要手段。

通过制备碳纳米管增强复合材料样品，并进行力学性能测试，研究人员可以直接观察和测量复合材料的力学行为。

例如，拉伸试验、压缩试验、弯曲试验等可以评估复合材料的强度、刚度和韧性等性能指标。

同时，扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术可以观察和分析复合材料中碳纳米管的分散状态和界面结构。

除了研究碳纳米管与复合材料基体之间的相互作用机制，我们还需要考虑制备工艺对复合材料力学性能的影响。

研究人员通过改变碳纳米管的添加方法、复合材料基体的制备过程等控制变量，来研究制备工艺对复合材料力学性能的影响。

例如，通过调整碳纳米管的浓度和分散剂对复合材料的性能进行优化。