Page 53 - 《橡塑技术与装备》2019年2期（1月下半月塑料版）
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车用制品技术与应用 权开玉·碳纳米管 / 环氧树脂复合材料性能研究
岸线结构，这说明裂纹在扩展的过程中所遇到的阻力 2.3 碳纳米管 / 环氧树脂的三点弯曲性能
很小，延伸容易，能量损耗小，冲击韧度低。当碳纳 根据实验测得的数据，作图 7 如下 ：
米管添加量为 0.5% 时，裂纹数量增加明显，呈树枝
状，分布更加均匀。说明碳纳米管的加入可提高基体
的冲击韧度，这是由于刚性无机粒子的存在产生应力
集中效应，易引发周围树脂产生微裂纹，吸收一定能
量。随着添加量的继续增大，复合材料冲击断面的形
貌变化更加明显，断面粗糙，条纹不清晰，且出现了
凹凸不平的 “ 鳞片状 ” 形貌，呈现出典型的韧性断裂
特征。这是因为碳纳米管在树脂基体中能较好地诱发
银纹，当受到冲击载荷时，裂缝通过银纹化作用向各
个方向展开，吸收了更多的能量，使得浇注体吸收的
断裂能增大，韧性得到了提高。另外，碳纳米管表面
的极性基团可参与环氧树脂的固化反应，与环氧基团 图 7 样品抗弯强度随 MWCNT 浓度变化关系
形成共价键，从而大大提高碳纳米管与基体之间的结 图 7 中需要说明的是，不含有碳纳米管的样品在
合力，有效地阻止或桥接基体中微裂纹的生长。 测试三点弯曲时发生了脆性断裂，这是由于环氧树脂
本身就是脆性的，即使添加了 50% 的乙二醇缩水二甲
醚，材料依然变现较强的脆性。
在测试含有碳纳米管的复合材料板材时，材料发
生了明显了屈服，在挠度达到 3.5mm 时依然没有发生
断裂，且施加的载荷已经在减小。这说明，碳纳米管
的添加起到了明显了增韧作用。关于增韧的机制我们
没有进行严格的表征，根据我们的材料体系和目前的
增韧理论，我们认为碳纳米管增韧的机制如下 ：当基
体材料产生微裂纹时，由于碳纳米管和环氧树脂基体
的结合力较强，碳纳米管对裂纹产生拉应力，抑制了
裂纹的扩展，从而表现出韧性。
图 5 0.26%( 质量分数 ) 复合材料中的碳纳米管 SEM 另一方面 ，从含 0.05%（质量分数）MWCNT 的
照片
样品到含 0.50%（质量分数）的样品，即使碳纳米管
含量增加了 10 倍，但是复合材料的最大抗弯强度并没
有太大差别。
2.4 碳纳米管 / 环氧树脂复合材料的断口
SEM 照片
我们用扫描电镜观察了掰断的复合材料断口，可
以观察到明显的脆性断裂断裂所形成的河流花样，同
时在河流花样中可以观察到一些直径在 2 μm 左右的
纤维。如图 8、9 所示。
2.5 碳纳米管 / 环氧树脂复合材料的阻抗分
析
图 10 展示了复合材料典型的阻抗 - 频率关系。
图 6 0.50%( 质量分数 ) 的复合材料中碳纳米管的 SEM
照片
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年
