為了充分利用碳納米管(CNTs)優(yōu)異的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)來(lái)進(jìn)一步提高玻纖／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的模量，本文提出了兩種將CNTs引入復(fù)合材料的方法。第一種方法：將多壁碳納米管( MWCNTs)，通過(guò)超聲、高速剪切和三輥機(jī)碾壓等方法分散在低粘度的環(huán)氧樹脂中，制備MWCNTs/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料基體，但是碳納米管的引入，使得樹脂的拉伸強(qiáng)度在CNTs含量超過(guò)lwt%后呈下降趨勢(shì)，模量的增加也不明顯，最終導(dǎo)致制備的MWCNTs/玻纖／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料改性效果并不理想。第二種方法：在高壓靜電場(chǎng)下，將碳納米管直接附著在玻纖絲束表面，通過(guò)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)CNTs的定向附著，用得到的改性絲束與環(huán)氧樹脂復(fù)合，制備復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種新方法制得的玻纖絲束的力學(xué)性能得到了明顯的改善，模量提高了近30%，相應(yīng)的復(fù)合材料力學(xué)性能也得到明顯提高。接下來(lái)又采用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察了碳納米管在樹脂中的分散狀態(tài)以及力學(xué)試樣的斷口形貌。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在同等MWCNTs添加量的前提下，用第一種方法制備的玻增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的模量提高了不到10%，而第二種方法提高了21%．第二種方法更為有效。
與碳纖維相比，玻璃纖維具有較大的應(yīng)變率和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但是玻璃纖維的模量要遠(yuǎn)低于碳纖維，所以有必要研究如何提高玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，尤其是模量的提高，以使低成本的玻纖可以部分替代碳纖維。碳納米管具有優(yōu)異的力學(xué)性能，其強(qiáng)度和模量是普通的碳纖維高一個(gè)數(shù)量級(jí)，碳納米管自1991年被Iijima發(fā)現(xiàn)以來(lái)，一直在復(fù)合材料領(lǐng)域被廣泛關(guān)注，少量碳納米管的加入就可以大大增加樹脂和纖維的力學(xué)性能，同時(shí)能相應(yīng)提高復(fù)合材料其他方面，如熱性能、電磁性等。
碳納米管加入復(fù)合材料體系中的一大難題是如何增加碳納米管的含量和防止CNTs的團(tuán)聚，傳統(tǒng)引入CNTs的方法是將其分散在樹脂基體中來(lái)改善樹脂的性能，Salvetat等‘51首先研究了分散性對(duì)碳納米管／聚合物納米復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，他們認(rèn)為碳納米管之間的團(tuán)聚和滑移不能使碳納米管起到有效的增強(qiáng)作用。因此很多研究者探討最佳的分散方法，超聲法、三輥機(jī)分散法、表面活性劑改性法 等物理分散法在一定程度上提高了樹脂基體的強(qiáng)度、模量和斷裂延伸率等力學(xué)性能，但是并不能克服CNTs易團(tuán)聚的性質(zhì)，碳納米管的加入，增加了樹脂的粘度，增如了分散的難度，限制了CNTs在復(fù)合材料體系中的添加量。通過(guò)CVD法將CNTs直接長(zhǎng)在玻纖或者碳纖表面，以增加CNTs和纖維之間的化學(xué)鍵合，但是纖維經(jīng)過(guò)高溫處理，造成表面結(jié)構(gòu)損傷，往往并不能提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，而且該方法成本高，不能批量化生產(chǎn)，限制了該方法的大規(guī)模應(yīng)用。
近年來(lái)，很多研究者利用電場(chǎng)將碳納米管引入材料體系中或者將碳納米管在電場(chǎng)作用下定向，以提高其對(duì)材料的改性效果。另外，靜電噴涂法也被用來(lái)將含有碳納米管的分散液通過(guò)高壓噴涂裝置噴涂在纖維表面，雖然可以提高復(fù)合材料的力學(xué)性能，但是效率低，一般50ml的噴涂液要噴1h。電泳法在實(shí)際使用過(guò)程中也存在工藝性和批量化的限制。
本文采用印刷中常用的靜電植絨工藝，將碳納米管放在高壓電場(chǎng)的一極，玻纖絲束或織物放在電場(chǎng)的另一極，在高壓電場(chǎng)的作用下，CNTs被定向附著在玻纖表面。并研究了新工藝下材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀力學(xué)性能之間的關(guān)系，以期大量引入CNTs，并提高改性復(fù)合材料的剛度及其他力學(xué)性能。
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多壁碳納米管改性玻纖-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及力學(xué)性能.pdf
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