碳纳米管PAMAM碳纤维复合材料界面性能表征

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1、硕士学位论文碳纳米管/PAMAM/碳纤维复合材料界面性能表征PERFORMANCEOFTHEINTERFACIALPROPERTITESOFCARBONNANO-TUBE/PAMAM/CARBONFIBERCOMPOSITE常晓云2010年7月国内图书分类号：TB332学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文碳纳米管/PAMAM/碳纤维复合材料界面性能表征硕士士研究生：常晓云导师：王荣国教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：复合材料与结构研究所答辩日期：2010年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB3

2、32U.D.C:620DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPERFORMANCEOFTHEINTERFACIALPROPERTITESOFCARBONNANO-TUBE/PAMAM/CARBONFIBERCOMPOSITECandidate：XiaoyunChangSupervisor：Prof.RongguoWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsAffiliation：CenterforCompositeMateria

3、lsDateofDefence：July,2010Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要碳纤维增强树脂基复合材料已在航空航天、汽车、船舶、石油、化工等领域得到广泛应用。但碳纤维表面能和表面反应活性低、表面具有疏脂性，导致它与树脂基体复合时形成的复合材料界面粘结强度低，很大程度上限制了其应用范围。碳纳米管是一种具有纤维结构的物质，自问世以来以其独特的高强、高模等特点受到广泛重视。本文针对碳纤维/树脂复合材料界面性能问题，使用聚酰胺-胺(PAMAM)树状大分子及碳纳米管对碳纤维表面进行改

4、性，制备碳纳米管/PAMAM碳纤维——一种新型增强体，并对该增强体及其复合材料界面进行表征。其中，树脂基体选用E-51。碳纳米管/PAMAM/碳纤维制备主要分三个过程：碳纳米管的酸化处理，碳纤维的酸化及接枝聚酰胺-胺树状大分子，最后将酸化后的碳纳米管和接枝聚酰胺-胺树状大分子后的碳纤维在适当的条件下反应，制得碳纳米管/PAMAM/碳纤维。XPS和IR图谱表明，碳纳米管/PAMAM/碳纤维之间主要以酰胺键连接。由碳纳米管/PAMAM/碳纤维的SEM和AFM形貌图得知：碳纳米管以不同的形式接枝到碳纤维表面上。接触角测量结果表明，与碳纤维原丝相比，碳纳米管/PAMAM/碳

5、纤维增强体的表面能提高28.4%。此外，我们采用临界纤维长度法和微脱粘法分别估算了复合材料的界面剪切强度。两种方法的估算结果一致：相比碳纤维原丝复合材料，碳纳米管/PAMAM/碳纤维复合材料界面剪切强度提高了210%左右。关键词：碳纤维；碳纳米管；界面剪切强度-I-摘要AbstractPolymercompositereinforcedbycarbonfiber(CF)hasbeenextensivelyusedinmanyfieldssuchasaerospaceindustry,automotiveindustry,steamshipindustry、petro

6、leumindustry、chemicalindustry.HoweVer,theapplicationsofcarbon-fiberreinforcedcompositesarelimitedbecauseofthepoorinterfacialperformencecausedbycarbon-fiber’ssmallactivespecificsurfacearea,lowsurfaceenergyandlipophobicsurfacebetweenmatrixmaterialandreinforcement.Theexceptionallyhighspec

7、ificstiffnessandstrengthofcarbonnanotubes(CNTs)andtheirfiber-likestructurehavestimulatedextensiveinvestigationsonthemechanicalpropertiesofpolymercompositesreinforcedwithCNTs.Inviewoftheinterfacialperformanceimprovementbetweencarbonfiberandtheresinsystem,carbonfiberismodifiedbypoly(am