《先进复合材料》PPT课件.ppt

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1、,“多层碳纳米管/环氧基树脂”纳米复合材料的强化效果,田军强,周立新,10721498,107214xx,主 要 内 容,引 言2.实 验 过 程3.结果与讨论4.结论,1.引 言,在过去几十年，材料领域的科学家和工程人员对碳纳米管（CNT）进行了大量研究，碳纳米管作为一种纳米复合材料的强化剂，具有特殊的机械性能和功能特性，它属于一种富勒烯结构的添加剂。这种结构的碳纳米材料不仅可以作为纳米复合材料的强化剂，而且，还可以强化传统的纤维复合材料。,这种纳米强化剂填料和传统强化材料的组合促进了一种新型材料-混杂材料的发展；该材料无论是在实际应用还是在基础科研方面都具有很大的潜力。科研人员已经做了几次

2、研究来证实碳纳米管对聚合物基体机械性能的强化作用。研究表明，只需加入少量的纳米颗粒，以碳纳米管作为增强剂的聚合物基体材料的机械性能就得到明显的提高。然而这在提高材料的强度和韧性方面会有相反的结果。,而总体的趋势是提高了杨氏弹性模量。科尔曼等人比较了一些添加碳纳米管后杨氏模量得到提高的现象。作者引入了一个重要的量化参数，定量说明强化作用，即 E：E=（Ec-Em）/Vf.（1）Ec定义为复合材料模量，Ef 为基体材料模量，Vf 代表单位体积中碳纳米管的百分含量。根据这一公式，通过增加碳纳米管的含量可以提高纳米复合材料的最大模量值。,然而聚合物基体中碳纳米管的强化作用不仅取决于基体中强化剂的含量，

3、而且，还取决于强化剂在复合纳米材料中的分布状态。在CNT/聚合物复合材料中，如果CNT处于网状或聚集状态时，这会造成纳米复合材料的机械性能的急剧下降，还会影响纳米复合材料的电学性能，碳纳米管在聚合物基体中均匀分布或是成直线排列的技术难题还有待突破。在工业领域中，使CNT或MWCNT(多层CNT)在基体中成直线排列将会是主要的发展方向,强化剂的填充量、聚合物类型、树脂和强化剂之间的吸附力以及颗粒状态（大小、粒度分布、长径比等）等是影响纳米复合材料性能的主要因素。超声共振法是在实验室中常用的有潜力的来控制CNT分布状态的方法，然而，这一技术不易推广到工业生产领域，在生产实践中，当大批量混合生存产时

4、，常用球磨法或三轴辊轧法来处理，并能得到较好效果。,2.实 验 过 程,2.1 实验材料试验中所用到的材料是常见的RTM6的热固性树脂。它能够满足航空航天工业用材料性能的要求。MWCNT材料是由比利时的Nanocyl有限公司提供，利用催化化学气相沉积法技术制得。原始MWCNT的平均长度为平均直径为。,.2分散过程,纳米复合材料使用的树脂，在三种不同的温度下(60C,90C 和120C)），以W的标称功率超声共振一个小时，以达到分散强化剂的目的。五组纳米复合材料，它们的MWCNT的质量分数分别为0.05%w/w,0.1%w/w,0.2%w/w,0.3%w/w,0.5%w/w，所有的混合物必须在C

5、时抽真空三十分钟，然后浇注到铝模中待其固化。,在各种情况下，温度场必须保持不变。根据已有的热动力学原理，在这种固化温度下，可以得到完整的聚合物，并且能得到最好的玻璃态转化效果。2.3 动态形态分析（DMP）和电子学测量 动态形态分析通过辅助设备DMA-Q800 来完成，在应力-应变曲线上，从0%-0.03%的范围内，出现了三个转折点。电学性能测量使用直流电，样品厚度为1 0.1 mm，且两个表面需要抛光处理。,2.4 光学显微镜分析 光学显微镜分析的实验仪器是型号为BX51的光转换装置，被观测的样品的厚度大约为200 50 m，表面尺寸为10X10m。,3.结 果 与 讨 论,3.1 树脂基的

6、讨论 图1.a表示在不同的温度变化的情况下，粘度随温度的变化规律；温度变化梯度分别为 10C/min、2.50C/min、50C/min 和 100C/min。当温度变化率升高到 600C/min 时，粘度不再依赖于温度而变化。超过此温度时，聚合反应会根据自身的动力学特点而进行反应。,图1.a表示在不同的温度变化的情况下，粘度随温度的变化规律,图1.b表示的是纯树脂基体的温度分别是600C、900C 和 1200C时的等温粘度曲线图,3.2 超声共振温度的的设定图2 表示纳米复合材料的弯曲模量，其中复合材料中的 MECNT 百分含量为0.1%，分别在600C、900C、1200C三种温度下等温

7、声震60min。,结果表明，随着分散温度的提高，复合材料的机械性能得到提高。图2 中叠加的图像是纳米复合材料的光学显微图像；在1200C声振后的纳米复合材料中，碳纳米管聚合结构更加细小，没有发现微米级结构的存在；因此，在进行更加深入的研究时，就会选择该声振温度。,3.3 动态渗流作用的影响 用测试电导率的方法可以直接测量碳纳米管网的增长，使用这一方法需经历一个渗流的过程，在这一过程中导电填料可以分散连接成回路。下图3 表示含有MWCNT时的纳米复合材料的导电率。,从上图可见，当MWCNT的质量分数达到0.5%时，纳米复合材料的电导率达到最大值。3.4 强化作用图4反映了碳纳米管的百分含量与强化作用的关系,3.6 碳纳米管对纳米复合材料弹性模量所产生的影响图5表示了不同MWCNT含量时的弯曲模量的实验数值,根据混杂原则，填充物含量越高机械弹性模量模量也越高。然而随着纳米团簇的形成和有效长径比 的逐渐减小，强化剂的强化作用也会稳定的下降。,4.结 论当树脂基体中MWCNT相互分散且具有较大的长径比、较高模量、浓度为0.05%w/w时，碳纳米管的强化作用达到最大值。含量更高时，纳米管聚合在一起成为微米团簇结构，从而影响纳米复合材料的机械性能。,谢谢大家！,