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ChenZhenkun等[12]用CNTs增強(qiáng)EP，并研究了復(fù)合材料的低溫機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)顯示在77K時(shí)，0·5%的CNTs對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的增強(qiáng)作用，其抗張強(qiáng)度、楊氏模量和破壞應(yīng)變分別為119·35MPa、5·26GPa和3·20MPa。

ChenZhenkun等[12]用CNTs增強(qiáng)EP，并研究了復(fù)合材料的低溫機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)顯示在77K時(shí)，0·5%的CNTs對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的增強(qiáng)作用，其抗張強(qiáng)度、楊氏模量和破壞應(yīng)變分別為119·35MPa、5·26GPa和3·20MPa。認(rèn)為這是EP和CNTs有不同的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致熱收縮，促使EP和CNTs的界面形成較強(qiáng)的界面張力，起到有效的增強(qiáng)作用。 

袁觀明等[13]研究了CNTs/EP復(fù)合材料力學(xué)性能的與微觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。認(rèn)為加入3·0%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CNTs，復(fù)合材料的綜合性能較好，拉伸強(qiáng)度、拉伸模量及斷裂伸長(zhǎng)率較純樹(shù)脂分別提高了90%~100%、60%~70%、150%~200%。 

SEM對(duì)材料拉伸斷面的觀察表明：純樹(shù)脂發(fā)生典型碎性斷裂，斷口平滑，裂紋呈直線型且有序均勻；而添加CNTs的斷口呈粗糙的碎云狀形貌，且隨CNTs含量的增大，斷口呈現(xiàn)許多高低不平的空洞狀形貌，裂紋不再有序?？赡茉蚴荂NTs的加入起到了承擔(dān)外力且消耗斷裂能量并阻止基體裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展的作用，造成裂紋呈無(wú)序狀分布。同時(shí)，CNTs比表面積很大，導(dǎo)致與基體的界面連接更充分、更牢固，相互作用較強(qiáng)，使拉伸時(shí)作用在樹(shù)脂上的負(fù)載通過(guò)界面轉(zhuǎn)移到了CNTs上[14]，使CNTs/EP復(fù)合體系的力學(xué)性能得到大幅提高。 

    
LiXiaofeng等[15]用機(jī)械攪拌的方法將纏繞碳納米管(CCNTs)和單壁碳納米管(SWNTs)分別與EP混合，制得復(fù)合材料。兩種復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度都接近理論值，分別為40·46MPa、41·11MPa。不同CCNTs用量(1%、3%和5%)時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增量分別為25·4%、22%、103%；不同SWNTs用量(1%、3%和5%)時(shí)，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度增量分別為83·5%、92·6%、106·2%。同時(shí)，復(fù)合材料的硬度、彈性模量隨著CCNTs的增加也相應(yīng)的提高。SEM觀察到復(fù)合材料斷裂面處CCNTs深深埋入基體主鏈中，形成如網(wǎng)線的纏繞結(jié)構(gòu)，與環(huán)氧基體緊密結(jié)合在一起，有利于承受載荷時(shí)內(nèi)應(yīng)力的傳遞，從而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。 

YehMeng-Kao等[16]采用多壁碳納米管(MWNTs)，熱壓成型的方法制備MWNTs/EP復(fù)合材料，測(cè)試表明：復(fù)合材料在添加5%MWNTs時(shí)，楊氏模量急劇增加了51·8%，隨后，增長(zhǎng)率明顯下降，復(fù)合材料的抗張強(qiáng)度在添加3%MWNTs時(shí)，提高了17·5%，隨后由于MWNTs的分散不均勻?qū)е驴箯垙?qiáng)度下降。 

    2·不同的改性方法 

碳質(zhì)材料容易團(tuán)聚，實(shí)際應(yīng)用中難均勻分散，同時(shí)，造成黏度變大，流動(dòng)性變差，氣泡難以排出等，引起復(fù)合材料的缺陷，在承受外加載荷時(shí)，受力不均勻，使復(fù)合材料力學(xué)強(qiáng)度下降。因此，碳質(zhì)材料在EP基體中的分散程度是影響碳質(zhì)材料/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料力學(xué)性能的一個(gè)重要因素。目前提高碳質(zhì)材料在EP基體中分散程度的主要技術(shù)路線可概括為：改進(jìn)的物理共混和化學(xué)預(yù)處理，這些措施可有效地提高碳質(zhì)材料在樹(shù)脂基體中的分散性和復(fù)合材料的力學(xué)性能。 

    2.1物理共混 

近年來(lái)新型分散劑、延長(zhǎng)攪拌時(shí)間、高能超聲波處理和高黏度下的剪切攪拌等物理方式被用來(lái)提高碳粒子在EP中的分散性。王國(guó)建等[17]在傳統(tǒng)機(jī)械力共混的基礎(chǔ)上，考察了機(jī)械剪切攪拌時(shí)間和超聲波振蕩時(shí)間對(duì)CNTs/EP復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，認(rèn)為機(jī)械剪切攪拌8h，并超聲波處理4h，復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度相比于攪拌1h的分別提高了41%，22%，38%；143%，30%，45%。 

    
梁叔全等[18]用超聲波分散及真空澆鑄法制備了CNTs/EP復(fù)合材料，研究了CNTs的加入量和分散程度對(duì)復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度、拉伸模量、斷裂伸長(zhǎng)率的影響。認(rèn)為加入0·75%的CNTs，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度提高了18·3%，拉伸模量提高了20·5%，斷裂伸長(zhǎng)率提高92·8%；加入小于1·75%的CNTs含量時(shí)，CNTs沒(méi)有明顯的團(tuán)聚，復(fù)合材料的強(qiáng)度得到提高。隨著CNTs含量進(jìn)一步增加，CNTs趨于團(tuán)聚，在基體中的分散變得不均勻，反而會(huì)使復(fù)合材料的強(qiáng)度下降。 

ChenZhenkun等[12]用CNTs增強(qiáng)EP，并研究了復(fù)合材料的低溫機(jī)械性能。實(shí)驗(yàn)顯示在77K時(shí)，0·5%的CNTs對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能有明顯的增強(qiáng)作用，其抗張強(qiáng)度、楊氏模量和破壞應(yīng)變分別為119·35MPa、5·26GPa和3·20MPa。

ShinJin-Wook[19]等利用超聲波將MWNTs溶解到乙醇中，以破壞MWNTs的表面鏈鍵，促使MWNTs分散，以改善其機(jī)械性能和熱力學(xué)性能。動(dòng)態(tài)力學(xué)分析(DMA)顯示，在材料玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)對(duì)應(yīng)的tanδ隨著MWNTs的含量增加逐漸降低，儲(chǔ)存模量大幅度提升：從0%MWNTs的2689MPa上升到0·5%MWNTs的3353MPa；三點(diǎn)彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)MWNTs的含量為0·3%時(shí)，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度達(dá)到最大值450·2kgf/mm2。 

    2.2表面化學(xué)修飾 

采用表面活性劑、酸化處理等方法對(duì)碳納米材料進(jìn)行表面活化或表面化學(xué)修飾是提高碳質(zhì)材料在樹(shù)脂基體中的分散性和增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性能的有效方法。經(jīng)表面化學(xué)處理過(guò)的CNTs端帶有基官能團(tuán)，如羥基、氨基、烷氧基，它們與EP的環(huán)氧基反應(yīng)，生成接枝或嵌段共聚物，可提高CNTs的分散性和與樹(shù)脂基體界面力，進(jìn)而提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能[20]。 

    
李兆敏等[21]以4，4’-二氨基二苯砜(DDS)為固化劑，以MWNTs或經(jīng)酸化和胺基化預(yù)處理，進(jìn)行了表面化學(xué)修飾，接入了羧基、胺基等官能團(tuán)的MWNTs為填料，分別制備了幾種MWNTs/EP復(fù)合材料，比較了是否預(yù)處理，以及酸化和胺基化預(yù)處理對(duì)材料性能的影響。研究表明：使用酸化和胺基化預(yù)處理的MWNTs，材料的Tg由161℃分別提高到185℃和196℃，沖擊強(qiáng)度由5·512kJ/mm2分別提高到8.132kJ/mm2、8·258kJ/mm2，抗張強(qiáng)度由24·1MPa分別提高到56·82MPa、62·05MPa，彎曲強(qiáng)度由80·93MPa分別提高到100·192MPa、101·485MPa，彎曲模量由0·872GPa分別提高到1·15GPa、1·64GPa。可以看出對(duì)MWNTs的胺基化表面處理更有利于提高EP復(fù)合材料的力學(xué)性能。SEM分析顯示，胺基化CNTs比酸化CNTs有更好的分散性，增強(qiáng)體與基體有更加緊密的鍵結(jié)合，這是復(fù)合材料力學(xué)性能提高的一個(gè)重要原因。 

ZhengYaping等[22]用有機(jī)胺對(duì)MWNTs進(jìn)行表面功能化處理，接入-NH2極性基團(tuán)，試驗(yàn)顯示：含0·6%經(jīng)過(guò)表面功能化處理的MWNTs復(fù)合材料的機(jī)械性能最好，彎曲模量由純EP的1550MPa提高到1920MPa，增加了24%；彎曲強(qiáng)度由1550MPa提高到2450MPa，增強(qiáng)率達(dá)58%；抗沖擊強(qiáng)度增加兩倍。認(rèn)為這是由于胺基處理MWNTs，使其表面具有不均勻的缺陷和折疊，微觀應(yīng)力和鍵接力能傳遞基體受到的外加應(yīng)力，阻止微裂紋的擴(kuò)散，從而改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。ChenXianhong等[23]對(duì)MWNTs進(jìn)行氧化、羧基化、酰胺化等官能化處理得到活性較強(qiáng)的-OH、=O、-NH2官能團(tuán)，選用含胺基的固化劑制備MWNTs/EP復(fù)合材料，試驗(yàn)測(cè)試表明：復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度隨著MWNTs的提高而增加，最顯著的改性是在胺基化的MWNTs含量為1·5%時(shí)，拉伸強(qiáng)度提高了51%(由純EP的39·1MPa上升為59·2MPa)，沖擊強(qiáng)度提高了93%(純EP5·5kJ/mm2，復(fù)合材料10·6kJ/mm2)?？赡苁前坊贛WNTs表面與其形成共價(jià)鍵，有更大的界面張力，而胺基本身以固化劑的形式參與到復(fù)合材料中與樹(shù)脂基體結(jié)合，有效的將材料承受的外加應(yīng)力轉(zhuǎn)移到MWNTs上，從而增強(qiáng)了樹(shù)脂基體的機(jī)械性能。同時(shí)，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性也得到改善。 

    
因此，碳質(zhì)材料、硅烷化表面處理的碳質(zhì)材料可能與EP形成高鍵能的共價(jià)鍵，從而提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。實(shí)際上，Si-O(460kJ/mol)鍵的鍵能要大于C-C(345·6kJ/mol)鍵，對(duì)碳質(zhì)材料進(jìn)行硅烷化(Si-CNT)，嫁接到碳質(zhì)材料上的硅原子能改善碳質(zhì)材料的表面活性，降低碳粒的團(tuán)聚性，提高碳質(zhì)材料的分散性，同時(shí)還能擴(kuò)大碳與樹(shù)脂基體的結(jié)合面積，分子鍵接力更為有效。與未官能化處理CNTs相比，Si-CNTs/EP復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性、彎曲模量和強(qiáng)度、抗裂強(qiáng)度都有可能提高。Jang-KyoKim等[24]的工作表明，當(dāng)硅烷化的CNTs含量為0·25%時(shí)，材料的彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、斷裂韌性達(dá)到最大值，分別提高了16·8%、20%、8.4%。

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