Page 50 - 《橡塑技术与装备》2019年2期（1月下半月塑料版）
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橡塑技术与装备（塑料）                            CHINA RUBBER/PLASTICS  TECHNOLOGY  AND EQUIPMENT (PLASTICS)




                  碳纳米管 / 环氧树脂复合材料性能研究



                                                          权开玉
                                    ( 陕西金泰氯碱化工有限公司，陕西  榆林  718100)

                     摘要 ： 研究的碳纳米管 / 环氧树脂复合材料是导电复合材料中研究较多的材料体系。实验中为了降低体系的黏度，方便搅拌
                  和固化成型，使用 50%（质量分数）环氧稀释剂 669 混合 E44 环氧树脂作为基体。固化剂选择了常用的甲基四氢苯酐，同时添加
                  了促进剂 DMP-30，实验中采用的分散方法是普通的搅拌和超声分散。实验结果显示，碳纳米管的加入大大增加了材料的力学性
                  能。抗弯强度从 81.72 MPa 增大到了 130 MPa，增加了 60% 左右。同时碳纳米管加入后起到了增韧作用，材料的韧性明显提高。
                  比较不同浓度下的抗弯强度可以发现，碳纳米管的浓度变换对复合材料的整体抗弯强度影响并不大。从扫描电镜照片来看，本实
                  验制备的碳纳米管 / 环氧树脂复合材料的分散性并不好，碳纳米管呈现聚集分布。在电学性能上，由于碳纳米管的分散不够，导
                  致材料的电导率偏低。阻抗分析显示，渗流阈值在 0.50%（质量分数）以上。在碳纳米管分散性较好的情况下，由于碳纳米管的
                  长径比较大，渗流阈值一般在 0.1%（质量分数）以下。在介电性能方面，本实验发现碳纳米管可以显著增加材料在低频下的相对
                  介电常数。
                     关键词 ： 抗弯强度 ；增韧作用 ；分散性 ；电学性能 ；渗流阈值
                     中图分类号 ： TQ323.5                                文章编号 ： 1009-797X(2019)02-0036-07
                     文献标识码 ： B                                      DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.02.007



                 现代碳纤维增强的聚合物基复合材料中，碳纤维                         填充物之间的幂次关系，并指出与材料的制备工艺无
             虽然是导电的，但是基体的电导率并不高，实际中还                           关。根据 Bauhofer Wolfgang   [11]  的总结，碳纳米管 /
             是不能有效的避雷         [1~3] 。因此，本实验尝试改善基体              聚合物复合材料的统计渗流阈值在 0.1%( 质量分数 )
             材料的电导率，并提高其力学性能。现代的航空聚合                           左右，低于 0.1%（质量分数）的阈值是动态渗流阈
             物基复合材料中，以环氧树脂、聚酰亚胺、双聚马来                           值。Hobbie E K  [12]  等研究了在不同分散剂作用下，碳
             酰胺为主要基体        [4~7] 。考虑到，环氧树脂体系的复合               纳米管 / 聚丙烯复合材料的电导特性，发现分散剂的
             材料用在飞机表面蒙皮等部位较多，且研究论文较多、                          存在会阻碍电子在界面间的相互传导，无分散剂添加
             在其他领域应用较多等因素，本实验用环氧树脂作为                           的复合材料电导率比添加了分散剂的高出 5 个数量级。
             复合材料的基体。                                          Pitalsky  Zdenko [13]  等人用不同的化学处理方法制备了
                 近年，碳纳米管 / 聚合物复合材料研究取得了显                       氧化的多壁碳纳米管 / 环氧树脂复合材料，并测试了
             著的进展。Shao Weiguo     [8]  等人用固相剪切研磨法制             其力学和电学性能。结果得到，强烈氧化处理的多壁
             备出了均匀分散的碳纳米管 / 聚酰胺复合材料。相比                         碳纳米管，虽然纯度很高，但是表面结构被破坏，使
             一般的熔融混合法，这种方法更好，在只含 1.5%（质                        得整体材料的电导率比不处理的样品低了 2 个数量级。
             量分数）的 MWCNTs 下，聚酰胺的拉伸模量从 2  448                   用 H 2 O 2 /NH 4 OH 处理的碳纳米管，不仅去除了导电性
             MPa 增加到了 4  439  MPa，性能提高了约 80%，同时                能差的无定形碳，同时不会破坏碳纳米管自身的结构，
             拉伸强度也提高了约 23%。Tsu-Wei Chou            [9]  等人用    得到材料电导率也更高。Sumfleth  J         [14]  等研究了在碳
             模拟的方法研究了碳纳米管 / 聚合物在压缩下的力学                         纳米管 / 炭黑共添加的聚合物体系中，炭黑会和碳纳
             行为，其中碳纳米管用是原子尺度的模拟，聚合物基                           米管连接，形成新的导电回路或导电旁路，进而降低
             体采用有限元模拟，界面结合力简化为范德华力。模                           体系渗流阈值。
             拟表明连续的碳纳米管可以很好的提高复合材料的                                综合国内一些研究        [15~21] ，目前碳纳米管 / 环氧树
                                                                                          -5
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             抗弯曲性能。Kovacs  Josef  Z 等人      [10]  首次在实验上       脂复合材料的电导率在 10 ~10   S/cm 之间，碳纳米
             发现了导电填充物 / 绝缘基体复合材料中存在两类渗
             流阈值。较低的阈值为动态渗流阈值，较高的阈值为                              作 者简 介 ：权 开玉 (1972-)，男， 现 从 事氯 碱 生 产技 术 管
                                                               理工作。
             统计渗流阈值。同时得到了在渗流阈值之上电导率与
                                                                  收稿日期 ：2018-11-26
                                                                                                         2
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