碳纳米管增强环氧树脂复合材料研究进展_滕德强.pdf

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1、téãLQW>léLV>FqîåLPQPG评述_îÜîíì>>PNOO文章编号：1005-3360（2011）08-0106-05碳纳米管增强环氧树脂复合材料研究进展ResearchProgressonCarbonNanotubeReinforcedEpoxyComposites滕德强，景惧斌，田乐，王媛TengDeqiang,JingJubin,TianLe,WangYuan-天地金草田（北京）科技有限公司，北京100013-TianDiJCT(Beijing)Science&TechnologyCo.,Ltd,Beijing100013,Chin

2、a摘　要:介绍了近年来在碳纳米管（CNTs）的羧基化、胺基化和硅烷化改性及其对CNTs/EP复合材料性能影响等方面的研究进展，并通过分析目前该领域研究中的不足，指出了进一步的研究方向。Abstract:Theresearchprogressaboutcarboxylation,aminationandsilanizationmodificationforcarbonnanotubesandtheirseffectsonpropertiesofCNTs/EPcompositeswereintroducedrecentlyyears.Theresearc

3、htrendwaspointedoutbyanalyzingtheresearchdeficienciesexistinginthisfield.关键词:碳纳米管；官能化改性；环氧树脂；复合材料中图分类号:TQ323.5文献标识码:AKeywords:Carbonnanotube;Functionalmodification;Epoxyresin;Composites环氧树脂(EP)是一类多品种通用型产品。由很多研究者认为，CNTs是制备新型先进复合于具有黏附力强、内聚强度高、机械强度好、收缩率材料的理想纳米增强材料，但是单纯添加CNTs作低、介电性

4、及抗蠕变性优异等综合性能，且可随树为增强相制备的CNTs/EP复合材料的性能有时提[6][7]脂品种及固化体系的不同选择而人为调控，还具有高并不是很大，甚至还有所下降。究其原因，一优越的性价比，因而广泛应用于涂料、塑料工业和方面是因为CNTs在EP中极易产生缠绕团聚，致使[8]电气、封装、胶黏剂及复合材料等方面。但拉伸强CNTs在EP中很难分散；另一方面是因为CNTs很[1]度低、韧性差、耐热性不足限制了EP的应用。碳难与EP基体形成有效的界面结合和实现有效的承[9]纳米管（CNTs）由于具有卓越的力学性能，独特的载转换。为了克服上述缺陷，必须对CN

5、Ts进行微观结构，极大的长径比和比表面积，有望成为EP处理。在CNTs表面接枝功能基团是经常采用的方的理想增强材料。法，通过化学功能化，增强了CNTs与基体的相容性。CNTs有极高的强度、韧性和弹性模量，其机械CNTs的羧基化、胺基化和硅烷化等方法能够有效[2]强度超过了任何现有的材料。Walters等的研究地提高CNTs在EP中的分散性和界面结合力。表明，在自由悬空条件下，单壁CNTs的拉伸强度达[3]1CNTs的表面改性及其对CNTs/EP到(45±7)GPa；Iijima等研究了CNTs的弯曲性能，其试验结果和理论预测表明，CNTs具有很好的柔

6、复合材料力学性能的影响韧性，最大弯曲角度超过110°。由于CNTs具有这1.1CNTs的羧基功能化处理些优良的力学性能，被认为是聚合物的理想增强填料。CNTs的拉伸强度达到50~200GPa，是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一采用氧化法对CNTs进行表面处理，可以使个数量级。将CNTs添加到EP基体中制成CNTs/EPCNTs表面生成羟基、羧基等亲水含氧官能团，显著复合材料，可以将CNTs优良的力学性能和EP的可提高CNTs在EP中的分散性，增强与EP的黏结，从而加工等性能结合起来，从而大大改善了CNTs/EP复提高EP的力

7、学性能。CNTs表面羧基化的方法很多，[4-5][10][11]合材料的力学性能。如空气氧化法、液相氧化法（硝酸氧化法、混酸收稿日期：2011-05-19106PNOO౎Vሆ>ڼQWਝ>ڼV೺DŽጺڼPQP೺Dž碳纳米管增强环氧树脂复合材料研究进展[12-14][15][21]氧化法）、自由基加成法等，其中以强酸氧化材料的增强效果，甚至其电性能也受到影响；而法居多。此外，在处理前辅以超声预处理还可以增在相似条件下，弱酸氧化则可以达到多项性能同时[22]加官能团的数量，利于后续的官能化改性。增强的效果。Spitalsky等发现，相同条件下，用[16]王建国

8、采用酸碱滴定的方法测定了硝酸和HCl、H2SO4/H2O2、HNO3氧化处理MWCNTs可以使混酸（浓硫酸和