本文主要研究内容
作者路瑞佼（2019）在《碳布表面均匀生长碳纳米管的工艺优化及其增强复合材料的研究》一文中研究指出：本文通过预先对碳布进行表面改性,然后采用化学气相沉积法(CVD)在其表面生长碳纳米管(CNTs)完成了 CNTs/碳布增强体的前期制备,并通过研究以下内容,实现了碳布表面均匀生长CNTs的工艺优化及其增强复合材料的高性能制备:(1)采用了三种不同的改性方案对脱浆碳布进行表面预处理,并利用相关的表征方法研究了其对碳布的表面特性、CNTs的生长形貌与加载量、CNTs/碳布的拉伸强度以及复合材料的层间剪切强度的影响;(2)选择最佳改性方案后,采用了不同的催化参数对改性碳布进行表面CNTs的优化加载,研究了催化剂前驱体浸渍时间、催化剂种类、催化剂的还原温度与还原时间对CNTs/碳布及其增强复合材料形貌与性能的影响;(3)确定最佳催化工艺后,采用了不同的CVD参数进一步对改性碳布进行表面CNTs的优化生长,研究了生长温度、生长时间与氢气比例对CNTs/碳布及其增强复合材料形貌与性能的影响。不同的表面预处理方法能够产生不同的改性效果。研究表明:PyC预处理仅在碳布表面沉积了少量碳颗粒,未形成均匀的PyC薄层,对CNTs的生长产生了不利影响。NaOH预处理使碳布表面产生了少量活性基团,表面褶皱被蚀刻,沟槽深度与分布趋于均匀,促使CNTs的分布均匀性增加。H2O2预处理使碳布表面发生氧化,产生了大量的含氧官能团,且表面沟槽变得更加均匀、细长,从而实现了 CNTs均匀、高效生长。H202改性使碳布的石墨微晶结构被氧化刻蚀,导致拉伸强度呈下降趋势,但同时活性官能团与表面缺陷的增多,使催化剂颗粒与碳布表面产生锚固,促使催化生长的CNTs结合力增强,最终CNTs/碳布的拉伸强度较脱浆碳布提高了 3.6%;又由于细小CNTs的均匀包覆,使碳布的比表面积增大,改善了其与树脂之间的润湿性,最终CNTs/碳布复合材料的层间剪切强度亦呈现较大程度的提高。因此H202改性是碳布表面生长CNTs的最优前期处理方法。通过系统研究催化参数对CNTs/碳布增强体及其复合材料形貌与性能的影响,得到如下结论:随着催化剂浸渍时间的增加,CNTs对碳布的补强作用逐渐增大,但过度浸渍后,严重缠结的CNTs反而不利于树脂的润湿与复合材料性能的提高。最终在浸渍时间为10min时的拉伸与层间性能最佳;就催化剂种类而言,Co比Fe催化生长的CNTs产量多、管径大但石墨化程度较低。双金属的催化活性高于组分单金属,且生长的CNTs管径分布较宽。其中与Fe2-Co的催化速率过快、易高温失活不同,Fe-Co显示出最佳的催化活性;就催化剂的还原过程而言,使用CVD一步法削弱了两步法中金属纳米颗粒在升温过程中易向颗粒增大方向聚集的趋势,生长的CNTs细化且均匀,在制备高性能复合材料方面具有更大潜力。通过系统研究CVD参数对CNTs/碳布增强体及其复合材料形貌与性能的影响,实现了碳布表面均匀生长CNTs的工艺优化,并结合实验结果建立了理论模型揭示CNTs的生长对碳布拉伸强度的增强机理。研究表明:在500℃的低温反应条件下,催化剂对碳布结构的损伤大大减轻,且由于短小均匀的CNTs的迅速生长,碳布的缺陷修复与复合材料的层间结合得到明显增强,与脱浆碳布相比,其拉伸强度增加了 7.52%、ILSS提高了 5.48%。当生长温度逐渐升高至600℃后,催化剂的活性逐渐增加,但其扩散系数也相应增大,导致CNTs/碳布的拉伸强度逐渐降低。然而继续升高至650℃后,过高的生长温度使催化剂寿命缩短,反而不利于CNTs的高效催化生长;随生长时间的延长,CNTs整体分布更加均匀,且长度逐渐变长,以致20min生长后,CNTs相互缠结,在碳布表面形成团簇。因此仅生长1Omin后,CNTs的均匀度最高,对拉伸强度与ILSS的增强作用最大;当氢气比例为2:1时,低速稳定且高质量生长的CNTs弥补了催化剂在碳布表面形成的缺陷。其根部进一步交联相邻碳晶体,使晶体尺寸增大,从而限制了外力作用下的裂纹扩展,增强体的拉伸强度呈现最高值,即较脱浆碳布提高了 8.64%。同时CNTs提高了碳布与树脂基体的润湿性,对复合材料的层间增强效果最佳,即ILSS较初始值提高了 12.27%。
Abstract
ben wen tong guo yu xian dui tan bu jin hang biao mian gai xing ,ran hou cai yong hua xue qi xiang chen ji fa (CVD)zai ji biao mian sheng chang tan na mi guan (CNTs)wan cheng le CNTs/tan bu zeng jiang ti de qian ji zhi bei ,bing tong guo yan jiu yi xia nei rong ,shi xian le tan bu biao mian jun yun sheng chang CNTsde gong yi you hua ji ji zeng jiang fu ge cai liao de gao xing neng zhi bei :(1)cai yong le san chong bu tong de gai xing fang an dui tuo jiang tan bu jin hang biao mian yu chu li ,bing li yong xiang guan de biao zheng fang fa yan jiu le ji dui tan bu de biao mian te xing 、CNTsde sheng chang xing mao yu jia zai liang 、CNTs/tan bu de la shen jiang du yi ji fu ge cai liao de ceng jian jian qie jiang du de ying xiang ;(2)shua ze zui jia gai xing fang an hou ,cai yong le bu tong de cui hua can shu dui gai xing tan bu jin hang biao mian CNTsde you hua jia zai ,yan jiu le cui hua ji qian qu ti jin zi shi jian 、cui hua ji chong lei 、cui hua ji de hai yuan wen du yu hai yuan shi jian dui CNTs/tan bu ji ji zeng jiang fu ge cai liao xing mao yu xing neng de ying xiang ;(3)que ding zui jia cui hua gong yi hou ,cai yong le bu tong de CVDcan shu jin yi bu dui gai xing tan bu jin hang biao mian CNTsde you hua sheng chang ,yan jiu le sheng chang wen du 、sheng chang shi jian yu qing qi bi li dui CNTs/tan bu ji ji zeng jiang fu ge cai liao xing mao yu xing neng de ying xiang 。bu tong de biao mian yu chu li fang fa neng gou chan sheng bu tong de gai xing xiao guo 。yan jiu biao ming :PyCyu chu li jin zai tan bu biao mian chen ji le shao liang tan ke li ,wei xing cheng jun yun de PyCbao ceng ,dui CNTsde sheng chang chan sheng le bu li ying xiang 。NaOHyu chu li shi tan bu biao mian chan sheng le shao liang huo xing ji tuan ,biao mian zhe zhou bei shi ke ,gou cao shen du yu fen bu qu yu jun yun ,cu shi CNTsde fen bu jun yun xing zeng jia 。H2O2yu chu li shi tan bu biao mian fa sheng yang hua ,chan sheng le da liang de han yang guan neng tuan ,ju biao mian gou cao bian de geng jia jun yun 、xi chang ,cong er shi xian le CNTsjun yun 、gao xiao sheng chang 。H202gai xing shi tan bu de dan mo wei jing jie gou bei yang hua ke shi ,dao zhi la shen jiang du cheng xia jiang qu shi ,dan tong shi huo xing guan neng tuan yu biao mian que xian de zeng duo ,shi cui hua ji ke li yu tan bu biao mian chan sheng mao gu ,cu shi cui hua sheng chang de CNTsjie ge li zeng jiang ,zui zhong CNTs/tan bu de la shen jiang du jiao tuo jiang tan bu di gao le 3.6%;you you yu xi xiao CNTsde jun yun bao fu ,shi tan bu de bi biao mian ji zeng da ,gai shan le ji yu shu zhi zhi jian de run shi xing ,zui zhong CNTs/tan bu fu ge cai liao de ceng jian jian qie jiang du yi cheng xian jiao da cheng du de di gao 。yin ci H202gai xing shi tan bu biao mian sheng chang CNTsde zui you qian ji chu li fang fa 。tong guo ji tong yan jiu cui hua can shu dui CNTs/tan bu zeng jiang ti ji ji fu ge cai liao xing mao yu xing neng de ying xiang ,de dao ru xia jie lun :sui zhao cui hua ji jin zi shi jian de zeng jia ,CNTsdui tan bu de bu jiang zuo yong zhu jian zeng da ,dan guo du jin zi hou ,yan chong chan jie de CNTsfan er bu li yu shu zhi de run shi yu fu ge cai liao xing neng de di gao 。zui zhong zai jin zi shi jian wei 10minshi de la shen yu ceng jian xing neng zui jia ;jiu cui hua ji chong lei er yan ,Cobi Fecui hua sheng chang de CNTschan liang duo 、guan jing da dan dan mo hua cheng du jiao di 。shuang jin shu de cui hua huo xing gao yu zu fen chan jin shu ,ju sheng chang de CNTsguan jing fen bu jiao kuan 。ji zhong yu Fe2-Code cui hua su lv guo kuai 、yi gao wen shi huo bu tong ,Fe-Coxian shi chu zui jia de cui hua huo xing ;jiu cui hua ji de hai yuan guo cheng er yan ,shi yong CVDyi bu fa xiao ruo le liang bu fa zhong jin shu na mi ke li zai sheng wen guo cheng zhong yi xiang ke li zeng da fang xiang ju ji de qu shi ,sheng chang de CNTsxi hua ju jun yun ,zai zhi bei gao xing neng fu ge cai liao fang mian ju you geng da qian li 。tong guo ji tong yan jiu CVDcan shu dui CNTs/tan bu zeng jiang ti ji ji fu ge cai liao xing mao yu xing neng de ying xiang ,shi xian le tan bu biao mian jun yun sheng chang CNTsde gong yi you hua ,bing jie ge shi yan jie guo jian li le li lun mo xing jie shi CNTsde sheng chang dui tan bu la shen jiang du de zeng jiang ji li 。yan jiu biao ming :zai 500℃de di wen fan ying tiao jian xia ,cui hua ji dui tan bu jie gou de sun shang da da jian qing ,ju you yu duan xiao jun yun de CNTsde xun su sheng chang ,tan bu de que xian xiu fu yu fu ge cai liao de ceng jian jie ge de dao ming xian zeng jiang ,yu tuo jiang tan bu xiang bi ,ji la shen jiang du zeng jia le 7.52%、ILSSdi gao le 5.48%。dang sheng chang wen du zhu jian sheng gao zhi 600℃hou ,cui hua ji de huo xing zhu jian zeng jia ,dan ji kuo san ji shu ye xiang ying zeng da ,dao zhi CNTs/tan bu de la shen jiang du zhu jian jiang di 。ran er ji xu sheng gao zhi 650℃hou ,guo gao de sheng chang wen du shi cui hua ji shou ming su duan ,fan er bu li yu CNTsde gao xiao cui hua sheng chang ;sui sheng chang shi jian de yan chang ,CNTszheng ti fen bu geng jia jun yun ,ju chang du zhu jian bian chang ,yi zhi 20minsheng chang hou ,CNTsxiang hu chan jie ,zai tan bu biao mian xing cheng tuan cu 。yin ci jin sheng chang 1Ominhou ,CNTsde jun yun du zui gao ,dui la shen jiang du yu ILSSde zeng jiang zuo yong zui da ;dang qing qi bi li wei 2:1shi ,di su wen ding ju gao zhi liang sheng chang de CNTsmi bu le cui hua ji zai tan bu biao mian xing cheng de que xian 。ji gen bu jin yi bu jiao lian xiang lin tan jing ti ,shi jing ti che cun zeng da ,cong er xian zhi le wai li zuo yong xia de lie wen kuo zhan ,zeng jiang ti de la shen jiang du cheng xian zui gao zhi ,ji jiao tuo jiang tan bu di gao le 8.64%。tong shi CNTsdi gao le tan bu yu shu zhi ji ti de run shi xing ,dui fu ge cai liao de ceng jian zeng jiang xiao guo zui jia ,ji ILSSjiao chu shi zhi di gao le 12.27%。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的路瑞佼，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于碳布论文,碳纳米管论文,复合材料论文,拉伸强度论文,层间剪切强度论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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