碳纤维-碳纳米管微纳混杂纤维的研究进展.pdf

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1、技术管理碳纤维-碳纳米管微纳混杂纤维的研究进展金磊邹磊（同济大学材料科学与工程学院上海201804）摘要：碳纤维-碳纳米管微纳混杂纤维结合了碳纤维和碳纳结构的聚酰胺-胺与羧基化碳纤维反应，使碳纤维表面接枝一层米管的优异的力学性能，构筑一种具有微米和纳米结构的三维混功能化薄膜层，将羧基化碳纳米管接枝到碳纤维表面，超支化偶杂纤维，可以有效的解决碳纳米管在基体中的分散问题和碳纤维联分子可以有效的提高碳纤维表面碳纳米管的接枝率。Feng与树脂间的界面结合问题，因此该纤维已经成为复合材料领域研Zhao等[5]用乙二胺和多面体半倍硅氧烷(POSS)作为中间体，制得究热点。本文综述

2、了用于复合材料的碳纤维-碳纳米管混杂纤维了表面接枝有大量碳纳米管的混杂纤维。其具体方法是用酰氯的制备方法及其对聚合物基复合材料力学性能的影响。化的碳纤维与乙二胺反应，得到表面带有胺自由基的碳纤维，然关键词：碳纤维；碳纳米管；微纳混杂纤维；制备方法；力学性后利用氨基与POSS上带有的八个环氧基团的开环反应，得到碳能纤维表面接枝大量环氧基团，最后用氨基化处理的碳纳米管与表前言面接枝有环氧基的碳纤维反应，实现二者共价相连。研究表明，碳纤维作为复合材料中重要的增强体，是一种具有高比强度该方法得到的混杂纤维增强相制备的环氧树脂复合材料界面剪和高比模量、耐强酸强碱腐蚀的新型碳材料

3、，碳纤维及其复合材切强度提高38%，这一方面取决于POSS可以改善碳纤维的表面料已经广泛应用于航空航天、军事国防、交通运输等领域。碳纤极性，另一方面取决于碳纳米管在碳纤维表面会增强复合材料界维和基体之间的界面结合强度，是评价碳纤维复合材料力学性能面的机械锁合作用。好坏的重要指标之一，只有两者之间实现较好的界面结合，碳纤化学接枝法制备的碳纤维-碳纳米管混杂纤维由于碳纤维维才可能有效的传递外界应力，从而提高复合材料的力学性能。和碳纳米管之间是以化学键形式相连的，所以结构较牢固，但是由于碳纤维表面活性官能团少，表面能低，导致碳纤维表面浸润制备过程较复杂，碳纳米管的接枝率较低

4、，且实验过程中用到大性差，与基体树脂的界面结合强度较弱，严重影响碳纤维力学性量化学试剂会造成环境污染。能的发挥。因此，需要对碳纤维表面进行改性，增大其界面能及2.气相沉积法与树脂基体之间的浸润性，改善界面强度。目前比较常见的改性气相沉积法是以氮气或氩气等惰性气体作为载气气体，以氢方法有电化学处理技术、等离子体处理技术、涂层处理技术及氧气作为还原气体，在高温条件下还原金属催化剂（铁、钴、镍等过化处理技术等[1]。碳纳米管被誉为“终极增强材料”，具有突出的渡金属元素或其混合物），以乙炔、甲烷或苯酚等多碳化合物为碳力学性能，但其应用也往往受到其在基体树脂之间分散性的影源，在

5、高温条件下催化裂解，可以直接在碳纤维表面生长出碳纳响。米管。气相沉积法是获得碳纳米管-碳纤维三维增强相的有效近年来，碳纤维-碳纳米管微纳混杂纤维（即将纳米级的碳方法，主要分为化学气相沉积法和等离子体化学气相沉积法。纳米管以物理或化学的形式构筑在微米级的碳纤维表面，形成三Sharma将酸化处理碳纤维，使其表面呈极性而有利于负载维立体的混杂纤维）的概念受到越来越多的关注。碳纤维-碳纳一些金属粒子，然后再把碳纤维浸泡在含有催化剂离子的溶液米管微纳混杂纤维作为复合材料增强相时，可以有效的提高纤维中，高温还原，以氩气作为载气，以氢气作为还原气体，以乙炔气与基体树脂之间的接触面积

6、以及机械锁合力，提高材料界面剪切体作为碳源，成功的在碳纤维表面生长得到碳纳米管。其环氧树强度，进而提高材料整体的力学性能。本文对近年来国内外碳纤脂复合材料的抗压强度试验表明，当碳纤维表面生长了碳纳米管维-碳纳米管微纳混杂纤维制备方法的研究进展进行了综述，主后其横向和纵向的抗压强度分别提高43%和94%。HuiQian等[6]要有化学接枝法、气相沉积法、电泳沉积法等。讨论了碳纳米管的沉积对复合材料IFSS的影响，发现沉积前后一、碳纳米管-碳纤维的制备方法复合材料的IFSS提高约26%，但是碳纤维的拉伸强度有所降1.化学接枝法低。进一步探讨发现，碳纤维在负载金属催化剂颗粒

7、后，经过高化学接枝法是最常见的碳纳米管-碳纤维混杂纤维的方法温会在碳纤维表面留下一些孔洞。这些孔洞是由熔融的催化剂之一，一般先对碳纤维表面氧化处理引入极性基团（如-颗粒溶解碳纤维造成的，会对碳纤维表面造成损伤，进而影响碳COOH、-OH等），然后在其表面接枝多活性官能团（如-NH[7]2、环纤维拉伸性能。ZhenFan等研究了不同催化剂粒子以及催化氧基等）偶联剂分子，最后使表面带有活性基团的碳纳米管粒子剂浓度对碳纳米管在碳纤维表面生长形态的影响。研究发现，催与碳纤维表面偶联剂分子反应，实现二者的共价接枝。化剂浓度越大，生长得到的碳纳米管的直径越大。L