RTM成型环氧/碳纳米管混杂多尺度复合材料的结构和性能研究
Study on Structure and Properties of Epoxy/Carbon Nanotube Hybrid Multi-Scale Composites Manufactured Via Resin Transfer Molding Process
本文研究了树脂传递模塑(Resin transfer molding,RTM)成型环氧/碳纳米管(Carbonnanotubes, CNTs)混杂多尺度复合材料的电性能、力学性能和固化变形行为.利用非离子表面活性剂Triton X-100的分散作用和超声波的"空化"作用把CNTs均匀分散于环氧树脂体系中形成纳米复合树脂基体.采用RTM工艺与增强纤维织物复合,制备CNTs混杂环氧树脂/增强纤维多尺度复合材料.利用金相显微镜观察和毛细管实验表征CNTs在环氧树脂体系中的分散情况和CNTs/环氧复合树脂基体对连续纤维增强体的毛细浸润行为,发现Triton X-100能够提高CNTs在环氧树脂中的分散性并形成一个渗流网络结构.研究表明,Triton X-100可以降低玻璃纤维增强复合材料的渗流阈值到0.1wt%,并能够明显降低碳纤/玻纤混杂增强复合材料的渗流阈值到0.0075wt%.高功率超声处理可以改善CNTs在环氧基体中的分散和提高CNTs复合材料的导电性能.随着超声时间的增加,复合材料的电阻率先下降后上升.TEM分析发现,在玻纤增强多尺度复合材料中,入口处的CNTs具有更高程度相互接触连接,从而形成相对完善的渗流网络,并导致CNTs混杂多尺度复合材料呈现显著的梯度电性能.力学性能测试、断口形貌观察以及动态力学分析(DMA)测试结果表明,加入Triton X-100降低了RTM成型复合材料的力学性能.关于"L"形多尺度复合材料的变形行为进行了研究,首先对多尺度复合材料的固化变形进行建模,理论计算发现,CNTs能够提高复合材料的形状精度,从变形角Δθ=1.12°降低到0.08°.实际测量结果发现,不含CNTs的复合材料的变形角Δ θ为3.01°,当CNTs含量为0.1wt%时,变形角Δθ降低到0.63°,因此CNTs能够改善由于环氧树脂在固化阶段收缩带来复合材料变形情况.
- 作者：
- 尹君山
- 学位授予单位：
- 沈阳航空航天大学
- 专业名称：
- 材料学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2013年
- 导师姓名：
- 王柏臣
- 中图分类号：
- TB383.1；TB332
- 关键词：
- 碳纳米管；混杂多尺度；电性能；力学性能；形状精度
- carbon nanotubes；hybrid multi-scale；electrical performance；mechanicalproperties；shape accuracy
- 基金项目：
- 航空科学