為了充分利用碳納米管(CNTs)優(yōu)異的力學(xué)性能優(yōu)勢來進(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lwt%后呈下降趨勢，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：在高壓靜電場下，將碳納米管直接附著在玻纖絲束表面，通過電場實(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。通過對比發(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，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改善樹脂的性能，Salvetat等‘51首先研究了分散性對碳納米管／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CVD法將CNTs直接長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，很多研究者利用電場將碳納米管引入材料體系中或者將碳納米管在電場作用下定向，以提高其對材料的改性效果。另外，靜電噴涂法也被用來將含有碳納米管的分散液通過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的一極，玻纖絲束或織物放在電場的另一極，在高壓電場的作用下，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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