文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
表面改性碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的研究
姓名:魏小昕
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:张平则;李淑琴
20090301
南京航空航天大学硕士论文
摘要
碳纳米管是一种新型的一维纳米材料,具有优异的力学性能,独特的微观结构,极大的长
径比和比表面积,有望成为先进复合材料的理想增强体。但是碳纳米管本身容易团聚,这使得
碳纳米管在聚合物中难以均匀分散,而且由于碳纳米管的表面惰性,使得碳纳米管与聚合物之
间界面结合力较弱。这使得碳纳米管在复合材料中的应用受到一定的限制。为了解决这些问题,
本论文通过对多壁碳纳米管进行表面改性处理,以改善碳纳米管在环氧树脂中的分散性以及和
环氧树脂之间的界面结合力。并采用溶液混合法,制备了碳纳米管/环氧树脂复合材料。使用
FT-IR、TEM、FE-SEM 和万能材料拉伸机等仪器对材料的结构和性能进行了测试和表征,并分
析了微观结构与性能之间的关系。结果表明:
(1)在温和的反应条件下,酸处理(VH2SO4/VHNO3=3:1)可使无定型碳和催化剂等杂质去除,
并且在不损坏碳纳米管结构的基础上使 T 表面产生羧基、羟基等活性基团。酸化处理后
的碳纳米管经进一步酰胺化反应可在表面接枝三乙烯四胺,实现碳管的胺功能化。
(2)采用等离子体处理方式对碳纳米管进行表面改性处理后,同样能够在碳纳米管表面接
上羰基,胺基等活性基团,提高碳纳米管在环氧树脂中的分散性。
(3)力学性能测试发现,加入原始碳纳米管对环氧树脂的力学性能的改善并不明显,且当
含量大于 %后,环氧树脂的力学性能变差。而加入改性处理后的碳纳米管的环氧树脂的力
学性能都有较大的提高。环氧树脂力学性能也与碳纳米管的含量相关,当加入原始碳纳米管及
表面化学改性处理碳纳米管含量为 %时,碳纳米管/环氧树脂复合材料的力学性能最好。由
于等离子体处理碳纳米管的分散性及与环氧树脂基体界面结合最好,因而加入等离子体处理碳
纳米管的含量增加到 1%时,复合材料的力学性能最好。

关键词:碳纳米管;表面改性;环氧树脂;复合材料;力学性能
I
表面改性碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能的研究
ABSTRACT
Caron T) is a new one-dimensional nanometer material, it exhibit an excellent
mechanical property: the super high tensile strength, toughness and Young's modulus, and a unique
microstructure: high specific surface area and high aspect ratio, which can be considered as an ideal
reinforcement additive for posites. However, the agglomeration T
into bundles results in T dispersion in polymer matrix, and the inactive surface T
makes weak interfacial bonding between polymer matrix T. This makes the application of
CNT posites has been limited. To e these problems, in this paper, by modification the
surface of T, to improve the dispersion of T in epoxy resin and the interfacial bonding
between epoxy resin. T/epoxy posites were prepared using solution mixing method.
The mechanical properties and the relationship between microstructure and properties of the
composites were investigated by FT-IR、TEM、FE-SEM and tensile testing machine. The results
indicated that:
(1) Under mild reac