环氧树脂基纳米复合材料的研究进展

介绍了环氧树脂基纳米复合材料的性能、制备方法、作用机理及其研究进展。     

碳纳米管增强环氧树脂基复合材料的制备及其力学性能

通过对多壁碳纳米管进行表面处理,用超声分散和模具浇注成型法制备了碳纳米管/环氧树脂纳米复合材料。研究了碳纳米管含量和表面处理对碳纳米管/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了碳纳米管对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着碳纳米管含量的增加,碳纳米管/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度及模量先增加后减小;当碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量分别达到最大值69.8MPa、136.9MPa和3.72GPa,比纯环氧树脂提高了33.9%、29.3%和4.8%;当碳纳米管的质量分数为1.5%时,拉伸模量达到最大值2050.5MPa,比纯环氧树脂提高了7.3%。     

纳米纤维素/碳纳米管复合薄膜的制备及湿敏性能

首先采用TEMPO氧化法制备纳米纤维素(NFC),并将NFC作为碳纳米管(CNT)的分散剂,通过超声和离心处理制备出稳定分散的NFC/CNT分散液;然后通过朗伯-比尔定律测定离心处理后的NFC/CNT分散液的质量浓度,并利用原子力显微镜和Zeta电位对NFC/CNT的分散效果做进一步表征;最后将制得的NFC/CNT分散液,通过真空抽滤法制备出柔性NFC/CNT复合薄膜.扫描电镜分析表明,所制备的薄膜具有多层有序结构,并且NFC与CNT之间相互交织,形成网络结构.拉曼光谱分析进一步表明,薄膜中的NFC与CNT之间存在氢键作用.NFC/CNT复合薄膜的湿敏性能测试结果表明:不同含量的CNT对复合薄膜的湿敏性能具有重要的影响,当CNT含量为5%时,复合薄膜在95%相对湿度条件下的灵敏度高达64%,线性度拟合系数为0.982,表现出优异的湿敏性能.     

溶液共混法制备PET/纳米SiO2复合材料

纳米SiO2具有异相成核的作用,能提高PET的结晶能力。文章探讨了溶液共混法和不同偶联剂对PET结晶能力的影响。结果表明:悬浮液的PH=9～10时,分散均匀性最好;采用溶液共混法进行复合,可制得熔点低于纯PET熔点的PET树脂/纳米SiO2复合材料。     

镍钴合金/碳纳米管纳米复合材料的制备及其催化性能研究

本文以磁性碳纳米复合材料为研究基础,通过较为简易的化学工艺过程制备出稳定、高效的高氮掺杂、高饱和磁化强度的磁性镍钴合金/碳纳米管纳米复合材料(NiCo/BCNTs)。利用其作为催化剂,对4-硝基酚(4-NP)的催化加氢性能进行了详细研究,并初步研究了其催化反应机理。由于NiCo/BCNTs具有优良的顺磁性,利用外部磁场,NiCo/BCNTs可以方便快速地从液相催化还原体系中分离出来,为产物4氨基酚(4-AP)的提纯和催化剂的回收再利用提供了一种低成本的途径。催化循环实验显示,在循环使用10个周期后仍然保持94%的活性。     

有机累托石/环氧树脂纳米复合材料制备及其流变性能研究

采用自制离子液体型累托石,用熔融插层法制备有机累托石/环氧树脂/桐油酸酐纳米复合材料。分别用XRD、DSC、旋转流变仪对复合材料的微观结构、固化动力学和流变性能进行测试。结果表明,有机累托石含量较低时在环氧树脂基体中形成了剥离型纳米复合材料;有机累托石的加入,降低了环氧树脂/桐油酸酐体系固化反应的活化能和频率因子,但环氧树脂/桐油酸酐体系的固化反应不是简单的一元反应,有机累托石的加入并不改变其固化反应机理;随着有机累托石含量的增加,环氧树脂/桐油酸酐体系的黏流活化能逐渐增大。     

SnO2／碳纳米管纳米复合材料的制备及表征

采用水热的方法,将纳米SnO2负载在多壁碳纳米管（CNTs）表面,制备得到SnO2负载多壁碳纳米管复合材料（SnO2／CNTs）。通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）研究了不同反应条件对产物形貌的影响。结果表明,通过改变溶液的浓度可以控制SnO2／CNTs纳米复合材料的形貌。     

环氧树脂-蒙脱石纳米复合材料制备与形成机理

首先用有机胺对蒙脱石 ( Na-基膨润土 )通过离子交换反应进行改性 ,然后将改性后的蒙脱石与双酚 A型环氧树脂在搅拌下充分混合 ,热模浇铸 ,制备出环氧树脂 -蒙脱石纳米复合材料 ,讨论了影响材料形成的各种因素 .利用 TGA、XRD、TEM、DMA等手段表征了材料的结构和性能 ;并对其形成机理进行了初步探讨 .定量计算结果表明 :形成纳米复合材料的推动力是环氧树脂在蒙脱石晶层间的固化反应热     

微波法制备碳纳米管负载ZnCdS纳米粒子及其光催化性能

用微波法制备了碳纳米管负载ZnCdS纳米复合材料(ZnCdS/CNTs).通过扫描电子显微镜(SEM),透射电镜(TEM)和X-射线粉末衍射(XRD)测试表明:平均粒径为25 nm六方纤锌矿结构的ZnCdS纳米粒子均匀分散在碳纳米管表面.ZnCdS/CNTs纳米复合材料在可见光下光催化降解甲基橙和罗丹明溶液.结果表明:催化剂用量为0.02g/L条件下,对初始浓度均为100mg/L的甲基橙和罗丹明溶液进行可见光光照50min后,降解率分别达到97%和96.7%;催化剂重复使用3次后,光照50min后甲基橙和罗丹明的降解率仍可达到92%和91%.     

碳纳米管-二氧化钛纳米复合材料的制备、表征及其光催化性能

为了提高二氧化钛在可见光下的光催化活性,本文采用溶胶—凝胶溶剂热法制备不同负载量的碳纳米管—二氧化钛(CNTs-Ti O)纳米复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)2、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)等对该复合材料形貌和晶型的结构进行表征;对比CNTs-Ti O2和市售Ti O(P25)UV-vis2图谱,结果显示P25只能吸收单一的紫外光,而CNTs-Ti O2则在紫外和可见光下均有良好的光吸收性,并且随着CNTs含量的增加,CNTs-Ti O2对光的吸收性能越好;采用降解亚甲基蓝(MB)溶液研究CNTs-Ti O2的光催化活性,实验结果表明CNTs-Ti O2在可见光下具有良好的光催化性能。上述结果表明可以将CNTs-Ti O2纳米复合材料应用于降解工业废水污染物。     

快速微波法制备石墨烯/碳纳米管复合材料

以微波照射方法为基础,将氧化石墨放入家用微波炉中进行微波照射,1 min即可得到还原并且剥离的氧化石墨,将它与二茂铁混合在相同的条件下进行二次微波得到石墨烯/碳纳米管复合材料.采用傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱、X射线粉末衍射对其结构进行表征,扫描电子显微镜和透射电子显微镜表征其形貌.结果表明,采用两次微波照射可以得到复合比较均匀的具有磁性的石墨烯/碳纳米管复合物.复合材料中碳纳米管的直径大约为20 nm,为多壁碳纳米管,且磁性粉末为Fe3C.     

环氧树脂/聚氨酯-SiO2纳米复合材料研究

通过聚合物互穿以及溶胶-凝胶法,制备了纳米SiO2改性的环氧树脂/聚氨酯互穿网络纳米复合材FT-IR表明:环氧树脂和聚氨酯形成了交联的互穿体系,并且纳米SiO2节枝到有机基体上。力学测试和SEM分析表明:加入一定量的纳米SiO2能够达到同时增强增韧环氧树脂的目的。     

玻璃纤维/环氧树脂纺织复合材料水分散法制备

本文初步探索了玻璃布增强环氧树脂复合材料的水分散法制备工艺,研究了玻璃布的浸渍工艺,并通过对材料力学性能的测试,探索了最佳模压成型工艺参数。结果表明：浸渍液浓度应较高,浸渍时间为40秒左右,浸渍次数为4～5次;复合材料制备较佳的工艺参数为模压压力12MPa、模压时间6min和模压温度190℃。     

PMMA/MWNT纳米复合材料原位合成及性能

利用相转移反应在羧基化碳纳米管的表面引入具有反应活性的苯乙烯双键,利用双键的反应性,与MMA单体进行自由基原位聚合反应,得到PMMA修饰的碳纳米管.这种聚合物修饰的碳纳米管可以在对PMMA有溶解效力的有机溶剂中溶解,利用FTIR,TGA,TEM等对这种聚合物修饰的碳纳米管的结构、修饰效率以及在有机溶剂中的溶解和分散性能进行了表征.结果表明,通过这种方法可以实现高分子链对碳纳米管表面有效修饰.利用这种原位聚合反应,不进行均聚物的分离可以一步得到聚合物基纳米复合材料.作为比较,相同量未经任何修饰的碳纳米管用相同的方法,在相同条件下也制备了PMMA纳米复合材料,并将两个样品中碳纳米管的分散状态用扫描电镜(SEM)进行了观察,同时对其力学性能与相同条件下得到的PMMA均聚物进行了比较.     

MWCNTs-NH2/环氧树脂纳米复合材料压缩性能影响机理

采用1,2-环氧环己烷4,5-二甲酸二缩水甘油酯（TDE-85)、对氨基苯酚环氧树脂（AFG-90）及其混合树脂,以二氨基二苯砜（DDS）为固化剂,添加氨基化多壁碳纳米管（MWCNTs-NH₂）制备了纳米复合材料。应用非等温差示扫描量热（DSC）,红外光谱（FT-IR）和力学性能测试等方法,分析了添加MWCNTs-NH₂前后,树脂体系固化反应、醚化反应与压缩性能的变化。研究结果表明,碳纳米管/环氧树脂复合材料的压缩性能与固化反应后期羟基和环氧基团之间的醚化作用有密切关系。MWCNTs-NH₂的加入阻碍了TDE-85/DDS体系固化反应后期的醚化作用,与纯树脂体系相比反应热降低了50 J/g,红外光谱中脂肪族醚键与苯环吸收峰面积比值降低了7.7%,复合材料压缩强度降低了3.2%。与之相反的是,MWCNTs-NH₂的加入促进了AFG-90/DDS体系固化反应后期的醚化作用,与纯树脂体系相比,反应热提高了80J/g,红外光谱中脂肪族醚键与苯环的吸收峰面积比值提高了13.8%,复合材料压缩强度提高了17.4%。     

石墨烯/环氧树脂纳米复合材料温度传感器的热电阻效应

随着对温度传感器性能要求的不断提高,研制一种新型高性能温度传感器具有重要的意义.以石墨烯(graphene)为填料,环氧树脂(EP)为基体,通过超声及行星搅拌共混法制备了不同含量的石墨烯/环氧树脂纳米复合材料薄片,并在其两端加上电极制成温度传感器试件.同时,在温度范围30～100℃内研究了不同石墨烯含量对该纳米复合材料热电阻效应的影响,并进一步分析了其影响机理.结果表明,温度传感器在测试温度升高时表现出负温度系数(NTC)效应,并且电阻以近似线性的趋势减小.另外,温度传感器中石墨烯的含量越高,电阻减小的幅度越小.同一传感器试件经过3次循环热处理之后,其热电阻关系趋于稳定.     

纳米纤维素/碳纳米管复合物的制备及电化学性能研究

以纳米纤维素为基体材料,单壁碳纳米管为导电活性材料,利用自组装技术制备了CNCs/SWNT导电复合物.利用X射线衍射、热重分析、循环伏安和交流阻抗等测试方法对所制备样品的晶型、热稳定性和电化学性能进行表征.分析结果表明,CNCs表面的羟基和SWNT表面的羧基相互作用,形成氢键,导致CNCs/SWNT复合物结晶度降低,热稳定性增强.电化学测试分析表明,与CNCs修饰电极相比,CNCs/SWNT复合物修饰电极的电荷迁移阻力更小,电化学活性更高.     

DOPO-HQ改性碳纳米管/EP复合材料的制备及性能

采用混酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs),然后与含磷化合物2–(6,H–二苯并–5–氧杂–6–膦酰杂–6–苯基)–1,4–对苯二酚(DOPO-HQ)反应,对MWCNTs进行功能化修饰,并用功能化的碳纳米管(MWCNTs-P)对环氧树脂进行改性.对比了MWCNTs与MWCNTs-P对环氧树脂力学性能和阻燃性的影响,结果表明,MWCNTs与MWCNTs-P的加入均能提高环氧树脂的力学性能,MWCNTs-P改性效果更好.当MWCNTs-P添加量为0.5%时,环氧树脂的冲击强度提高了232%;SEM结果显示,加入碳纳米管使环氧树脂复合材料的韧性有一定程度的提高.MWCNTs-P的添加量为1.0%时,复合材料的拉伸性能和弯曲性能最好.极限氧指数(LOI)测试结果表明,MWCNTs-P提高了环氧树脂的阻燃性,MWCNTs-P的添加量为0.5%时,复合材料的LOI达到30.2%.     

可光热除冰的纳米碳管/环氧树脂复合涂层的制备及防腐性能研究

针对民航飞机在高空、寒冷区域飞行时存在的结冰问题,以环氧树脂中掺杂一定含量的碳纳米管制备复合材料涂层,优化提升民航飞机的除冰性能,同时对改善民航飞机机翼蒙皮的防腐性能展开研究。测试表明碳纳米管含量为0.5%时复合材料光热性能更好,温度上升明显。光热循环稳定性测试表明,碳纳米管含量为0.5%时,在150mW/cm2的光照下该复合涂层具有光热稳定性能;自愈性能分析测试得知,在表面受到一定程度的破坏后,该复合涂层能通过加温的方式实现自愈合;电化学工作站测试极化曲线分析中,碳纳米管含量为0.5%的复合涂层腐蚀电位最大为-1.510V,表明其腐蚀速率最低;在静态全浸测试中,碳纳米管含量为0.5%的复合涂层质量减少最小,表明其防腐蚀性能更好。     

纳米Al2O3/端基化环氧树脂复合材料的制备及力学性能研究

本文将环氧树脂E-51通过KH-550处理,获得端基化的环氧树脂后,再与未经改性的纳米Al2O3复合,制得纳米复合材料。运用红外光谱,对端基化的环氧树脂结构进行了表征和分析。通过透射电子显微镜(TEM)、能谱分析仪(EDS)分别对所制得的纳米复合材料中粒子的分散状态、粒子与树脂基体的结合情况、粒子表面元素进行了分析,并研究了纳米复合材料力学性能与偶联剂含量的关系。研究结果表明:采用环氧树脂分子端基化改性时,硅烷偶联剂KH-550的加入,改善了纳米Al2O3与环氧树脂之间的界面结合,复合材料的力学性能得到了一定程度的提高。