功能化碳纳米管增韧环氧树脂的研究

The toughening research on carbon nanotubes (CNTs)/epoxy resin composite material will give epoxy resin the high impact toughness and heat resistance. The composite material is more suitable to the aviation, aerospace and military areas as the high-performance structure material. The interface cohesion between the polymer and CNTs surface is critically important for realizing toughening for CNTs toughening polymer-matrix composites. Another challenge to developing high-performance polymer/CNTs nanocomposites is the homogeneous dispersion of CNTs in the polymer matrix. The new methods of functionalization CNTs surface with inorganic organic double modification in this project is put forward. The functionalization CNTs can effectively prevent phase separation induced by the agglomeration. The formation of CNTs-epoxy resin heterozygous body can improve interface cohesion. So that CNTs excellent performance can be fully embody, and the perfect toughening of matrix can be achieved. A reasonable toughening mechanism is given by microstructure analysis and properties characterization of the carbon nanotubes (CNTs) / epoxy resin composite materia. This idea is expected to provide a new approach to development (CNTs) / epoxy resin composite material field application, but also provide new ways for the development and utilization of CNTs as ideal reinforcing fillers.

开展碳纳米管（CNTs）/环氧树脂复合材料增韧的研究将赋予环氧树脂高抗冲击韧性和耐热性,作为高性能的结构材料更适用于航空、航天和军工等高技术领域。针对CNTs增韧聚合物基复合材料的研究，提高CNTs在基体中的分散性及改善界面间结合力仍然是具有挑战性的"瓶颈"问题。本项目提出对CNTs进行无机有机双重修饰的表面功能化新方法，旨在有效防止CNTs自身团聚产生的相分离，并通过CNTs-环氧树脂杂化体的形成提高界面间结合力，使CNTs优异性能得以充分体现，以期达到CNTs对环氧树脂基体理想的增韧目的。通过碳纳米管（CNTs）/环氧树脂复合材料微观结构和性能表征给出合理的增韧机制。该构思有望为拓展（CNTs）/环氧树脂复合材料的应用领域提供新思路,同时也为增强体CNTs的开发利用提供新途径.

碳纳米管（CNTs）具有独特的结构和优异的力学性能，可作为聚合物理想的增强体。环氧树脂（EP）虽综合性能优异但其脆性限制了应用。采用无机有机双重修饰对CNTs进行表面处理形成包覆结构，鉴于CNTs本身可同时提供强度和韧性，包覆层可提供韧性，在环氧树脂基体中引入包覆结构的CNTs 作为“柔性因子”，从而达到CNTs增强增韧的效果。选用硼酸和磷钨酸作为无机修饰物，采用静态的稳定性实验分析了硼酸浓度和磷钨酸浓度对碳纳米管分散稳定性的影响，分别得到硼酸溶液和磷钨酸溶液最佳分散浓度。采用原位接枝法得到了包覆结构的聚丙烯酸PAA/CNTs、环氧树脂EP/CNTs、壳聚糖CS/CNTs、聚多巴胺PDA/CNTs、聚丙烯酰胺PAM/CNTs、超支化聚酯/CNTs和氨基聚硅氧烷ATPDMS/CNTs。通过红外分析、热重分析和TEM分析了聚合物的制备工艺、接枝率和包覆厚度。采用浇铸法制备了PAA/CNTs/EP、CS/CNTs/EP、PDA/CNTs/EP、HBP/CNTs/EP和ATPDMS/CNTs/EP复合材料，通过SEM、TEM和力学性能测试得到了CNTs的添加量与材料力学性能的关系，分析了材料增强增韧的原因。结果表明，功能化CNTs本身的分散性、功能化CNTs是否带有柔性基团和功能化CNTs在基体中的分散性都会影响复合材料性能，其中功能化CNTs表面带有的柔性基团将对基体的增韧起到至关重要的作用。