CNT/CFRP简今/strong>
炭纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber rein forced resin matrix composites, CFRP)具有高比强度高比刚度、优异的耐腐蚀性、可设计性强、可一体化成型等优点,在航空航天、汽车、海军、武器和民用基础设施等领域具有广泛应用。但CFRP在实际应用过程中的会出现纤维脱粘、纤维断裂和层间分层等问题,其中层间分层是最严重的失效形式之一、/p>
碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)是一种具有优异的力学性能的一维纳米材料,能够通过拔出、微裂纹和裂纹桥联等方式增强CFRP,是改善CFRP机械性能的理想增强体、/p>
CNT/CFRP制备方法
由于CNT管间存在较强的范德华力,管与管之间容易相互缠绕在基体中形成团聚,受力时形成应力集中区域,影响CNT/CFRP的性能。目前制备CNT/CFRP的方法主要有以下两种9/p>
1.通过化学方法使CNT与炭纤维直接相连,从三维结构上制备CNT/CFRP,但 CNT 容易在炭纤维表面缠结,影响基体的浸润和材料整体的性能,另外涉及的工艺、设备要求较高,目前还无法投入大规模生产应用
2.通过物理方法如机械搅拌、超声、三辊分散等,将CNT与树脂混合,然后引入CNT/CFRP中、/span>但是大量的实验表明,加入溶剂或对CNT进行功能化处理的方法可以降低基体的黏度、改善CNT分散时的团聚问题,但是有机溶剂不易回收,微量的溶剂残留会影响CNT/CFRP样品的宏观性能,而功能化处理容易造成CNT部分性能的损伤、/p>
因此,如何在树脂基体中实现CNT的均匀分散是一个亟需解决的难题、/span>
高压均质分散CNT
通过高压均质机对CNT进行预处理,可以打开CNT管束间的缠绕,提高CNT在环氧树脂中的分散性与稳定性,获得分散均匀的CNT改性树脂。所制备的CNT/CFRP的层间剪切强度也有所提升、/p>
CNT分散前后外观对比
使用设备:ATS AH-BASIC 2
通过观察SEM图(左)和TEM图(右)可以看出经过高压均质机分散处理后,相同质量下CNT体积明显变大且网络疏松,管间团聚现象得到了明显地改善、/p>
CNT改性树脂光学显微镜国/strong>
左未分散,右分散名/p>
未分散的CNT多以缠绕起来的几十微米大小的团簇存在于树脂中,结构紧密,基本看不到透过的光线,CNT分布不均匀。高压均质机分散后的CNT在树脂中均匀分布且无明显的团聚现象、/p>
CNT/CFRP微观样貌
使用高压均质机分散后的CNT改性树脂制备的 CNT/CFRP ,CNT有效地增强了复合材料的层间性能 ,当CNT含量?.00%时, 复合材料的层间剪切强度达到最大 85.1 MPa,提高了37.9%、/p>
ATS高压均质
安拓思纳米技术(苏州)有限公司成立于2001年,隶属于上海多宁集团,深耕行业二十多年,是一家专业从事精细化工、新能源材料等纳米制备设备与工艺辅助,集技术研发、生产、销售于一体的高新技术企业。ATS为全球客户提供高性能、高安全、高可靠的纳米浆料分散方案、/p>
ATS提供从实验型到大型生产不同阶段需求的设备及技术解决方案,经ATS高压均质机分散后的碳纳米管无沉淀,显微镜下可见CNT分散均匀、/p>
无沉淀
分散均匀
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参考文献:刘婉 ,杨文 ,姜欣?程晓 ,吕卫?碳纳米管预分散及其对复合材料层间剪切力学性能影响研究.[j]炭素技?2021