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静电吸附玻璃纤维/碳纳米管复合增强体改性聚合物复合材料

作　者: 苏丹华
导　师: 张玲
学　校: 华东理工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 聚合物玻璃纤维碳纳米管静电吸附层层组装
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

玻璃纤维增强聚合物复合材料(Glass fiber reinforced polymer,简称GFRP)具有高强度、耐化学腐蚀、轻质易回收等特点,广泛应用于航空航天、汽车产业以及电子电器等不同领域。随着应用的不断加深,对材料性能的要求也随之提升,单独的玻璃纤维增强已难以满足需求。将玻璃纤维与碳纳米管结合制备新型增强体对于提升玻璃纤维的增强效果及赋予其功能化具有重要的意义。本文首先利用正负电荷之间的静电吸引作用,在不同类型玻璃纤维表面构筑了多壁碳纳米管(Multi-walled Carbon Nanotubes,简称MWCNTs)网络,得到复合增强结构(GF-MWCNTs);并进一步将复合增强体与高分子聚合物混合得到最终的复合材料。通过对复合增强体表面形貌及复合材料拉伸断面的观察,具体讨论了不同增强体制备工艺对复合增强体结构、复合材料界面结合及最终’性能的影响。1.利用静电相互作用,在短切玻璃纤维表面吸附碳纳米管,制备了GF-MWCNTs复合增强体。通过对MWCNTs的类型、溶液的pH值、MWCNTs溶液的浓度进行调控,发现在pH=3时,2g/L的长柔性MWCNTs就可在GF表面形成均匀包覆层。GF-MWCNTs增强PA6复合材料的结果表明,MWCNTs的存在提高了纤维与基体之间的界面结合,拉伸强度相比纯纤维增强提高了13%～15%,动态热机械分析(Dynamic Thermomechanical Analysis,简称DMA)结果表明GF-MWCNTs增强复合材料后,复合材料的玻璃化转变温度从63℃提高到了66℃。进一步考察了GF-MWCNTs对复合材料导电性能的影响,当复合材料中添加1 wt% CNTs时,GF-MWCNTs增强的复合材料体积电阻率相比于纯GF增强的复合材料低了4个数量级,达到了4.9×109Ω·cm,成为理想的抗静电材料。2.设计开发了连续化浸渍处理槽,通过对浸渍装置的优化和工艺控制,连续制备了玻璃纤维表面均匀包覆MWCNTs的复合增强体LGF-MWCNTs,并在挤出装置上制备了LGF-MWCNTs和MWCNTs母粒协同改性的PA66纳米复合材料。加入LGF-MWCNTs后,复合材料的导电性能比PA66/CNTs(1wt%)体系提高了5个数量级,比添加LGF的体系提高了1个数量级。3.利用静电层层组装技术,将阳离子聚电解质(PDDA)与碳纳米管组装到玻璃纤维布(GFC)表面形成不同包覆层的[PDDA-MWCNTs]n复合增强体。通过模压成型技术将[GFC/PDDA-MWCNTs]n与环氧预聚体相互浸润并固化,最终制备成复合材料。结果表明,纤维布与环氧界面处的MWCNTs改善了界面结合,使得复合材料的层间剪切强度提高了18%～37%,同时MWCNTs的存在使得复合材料的表面电阻下降到～105Ω,比纯玻璃布增强的复合材料降低了9个数量级,导电性大大提高。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章引言  11-12
第二章文献综述  12-30
  2.1 高分子聚合物分类  12-13
  2.2 高分子聚合物改性方法  13-22
    2.2.1 纤维填充增强  13-16
    2.2.2 纳米技术增强  16-21
    2.2.3 其他增强方法  21-22
  2.3 高分子聚合物改性研究进展  22-29
    2.3.1 碳纳米管分散于基体后再与纤维制备复合材料  24-26
    2.3.2 碳纳米管与纤维复合制备多尺度增强体后再与基体制备复合材料  26-29
  2.4 本文的研究内容  29-30
第三章静电吸附制备玻璃纤维-碳纳米管复合增强体改性聚酰胺  30-48
  3.1 引言  30
  3.2 实验部分  30-33
    3.2.1 原材料及设备  30-31
    3.2.2 复合增强体及纳米复合材料的制备  31-32
    3.2.3 测试与表征  32-33
  3.3 结果与讨论  33-47
    3.3.1 碳纳米管功能化处理  33-35
    3.3.2 GF-MWCNTs复合增强体  35-41
    3.3.3 GF-MWCNTs复合增强体的复合机理探究  41-42
    3.3.4 GF-MWCNTs复合增强体改性PA6复合材料  42-45
    3.3.5 GF-MWCNTs复合增强体改性PA66复合材料  45-46
    3.3.6 GF-MWCNTs复合增强体改性PA复合材料机理探讨  46-47
  3.4 本章小结  47-48
第四章静电吸附连续制备玻璃纤维/碳纳米管复合增强体改性聚酰胺  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 实验部分  48-50
    4.2.1 原材料及设备  48-49
    4.2.2 复合增强体及纳米复合材料的制备  49
    4.2.3 测试与表征  49-50
  4.3 结果与讨论  50-55
    4.3.1 LGF-MWCNTs复合增强体  50-52
    4.3.2 LGF-MWCNTs复合增强体改性PA66复合材料  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章静电层层组装制备玻璃纤维布/聚电解质-碳纳米管增强体改性环氧树脂  56-64
  5.1 前言  56
  5.2 实验部分  56-58
    5.2.1 原材料及设备  56-57
    5.2.2 复合增强体及纳米复合材料的制备  57-58
    5.2.3 测试与表征  58
  5.3 结果与讨论  58-63
    5.3.1 [GFC/PDDA-MWCNTs]_n复合增强体  58-60
    5.3.2 [GFC/PDDA-MWCNTs]_n复合增强体改性环氧复合材料  60-63
  5.4 本章小结  63-64
第六章全文总结与课题延伸  64-66
参考文献  66-73
致谢  73-74
攻读硕士期间发表的论文和申请专利情况  74

静电吸附玻璃纤维/碳纳米管复合增强体改性聚合物复合材料

内容摘要

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