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【6h】

SiO2@MWCNTs的制备及环氧树脂纳米复合材料性能研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 环氧树脂改性国内外研究进展

1.3 碳纳米管改性环氧树脂国内外研究进展

1.4 本文主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验方案及原理

2.1.1 多壁碳纳米管(MWCNTs)的混酸氧化方案及机理

2.1.2 二氧化硅表面包覆多壁碳纳米管(MWCNTs)方案及机理

2.1.3 KH560功能化MWCNTs方案及机理

2.1.4 蒙脱土(MMT)有机化方案及机理

2.1.5 复合材料制备方案及环氧树脂固化机理

2.2 实验试剂及仪器

2.3 实验步骤

2.3.1 多壁碳纳米管(MWCNTs)混酸氧化处理步骤

2.3.2 二氧化硅包覆羟基化碳纳米管(MwcNTs-OH)步骤

2.3.3 硅烷偶联剂KH560改性SiO2@MWCNTs步骤

2.3.4 蒙脱土(MMT)有机化处理步骤

2.3.5 环氧纳米复合材料的制备步骤

2.4 试样表征及性能测试

2.5 本章小结

第3章 实验结果与讨论

3.1 多壁碳纳米管(MWCNTs)包覆效果分析

3.2 蒙脱土(MMT)有机化效果分析

3.3 环氧纳米复合材料力学性能分析

3.3.1 冲击强度性能分析

3.3.2 弯曲强度性能分析

3.4 环氧纳米复合材料热性能分析

3.4.1 热失重性能分析

3.4.2 马丁耐热性能分析

3.5 环氧纳米复合材料电性能分析

3.5.1 介电常数分析

3.5.2 介电损耗分析

3.5.3 体积电阻率分析

3.5.4 击穿场强分析

3.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

国民经济的高速发展,离不开高性能材料。环氧树脂(EP)因其优异的电绝缘性能、强粘附力、良好的耐化学稳定性被广泛应用在电子电气、航空航天、机械制造及建筑建材等领域,同时也引起了众多研究学者的关注。伴随着各个领域对材料性能要求的提高,环氧树脂的改性也随之发生着变化。对于环氧树脂的改性研究经历了从橡胶弹性体改性到无机纳米粒子改性的过渡,这为后人的深入研究积累了宝贵的经验。尤其是无机碳材料的出现,如碳纳米管(CNTs),因其优异的综合性能,更是被众多研究学者所青睐。相关研究也表明,少量的CNTs加入环氧树脂中,能够显著增强复合材料的力、热性能;然而随着碳纳米管加入量的增多,对环氧树脂电气绝缘性能是否有影响,这是当前电工用环氧树脂改性研究的热点。
  本实验以双酚A环氧树脂/酸酐体系为基体,将CNTs引入,利用一维纳米粒子的增韧作用、CNTs表面绝缘化处理对导电网络的抑制作用,从而来实现增韧环氧树脂的同时又能改善复合材料的绝缘性能。本文对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行混酸氧化功能化(MWCNTs-OH)、二氧化硅表面包覆功能化(SiO2@MWCNTs)和硅烷偶联剂 KH560二次处理SiO2@MWCNTs(KH560-SiO2@MWCNTs),然后用其来改性双酚A型环氧树脂。以甲基六氢邻苯二甲酸酐为固化剂,通过溶液共混法制备出了MWCNTs-OH/EP、SiO2@MWCNTs/EP、 KH560-S iO2@MWCNTs/EP复合材料以及KH560-SiO2@MWCNTs/O-MMT/EP复合材料。用傅立叶红外光谱(FI-IR)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对碳纳米管的包覆效果进行了表征,并测试了复合材料的冲击强度、弯曲强度、热分解温度、马丁耐热温度、介常介损、体积电阻率、击穿强度。
  实验结果显示:用二氧化硅包覆多壁碳纳米管进行表面绝缘化处理,包覆效果明显;SiO2@MWCNTs经过硅烷偶联剂KH560二次处理后,当KH560-SiO2@MWCNTs掺杂量为0.5 wt%时,KH560-S iO2@MWCNTs/EP复合材料的冲击强度、弯曲强度达到最大值,分别为36.2 kJ·m-2、134.5 MPa,较纯环氧树脂固化材料提高了144.6%、49.4%;当继续引入O-MMT后,KH560-SiO2@MWCNTs/O-MMT/EP复合材料的力学强度有所下降;在制备的所有类型复合材料中,KH560-SiO2@MWCNTs/EP的热分解温度最高,较纯环氧树脂提高了21.55℃;复合材料的介电常数和介电损耗受碳纳米管功能化方式和含量共同影响,SiO2@MWCNTs经KH560二次处理后,较为明显的降低了复合材料的介电常数和介电损耗;SiO2@MWCNTs/EP、KH560-SiO2@MWCNTs/EP复合材料,其体积电阻率较纯环氧树脂只下降了一个数量级;KH560二次处理SiO2@MWCNTs后对复合材料的击穿强度提高明显,蒙脱土的引入对复合材料击穿强度的提高有促进作用。

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