連續碳納米管紗線與樹脂浸漬複合及界面性能研究

《連續碳納米管紗線與樹脂浸漬複合及界面性能研究》是依託北京航空航天大學，由顧軼卓擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：連續碳納米管紗線與樹脂浸漬複合及界面性能研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：顧軼卓
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

連續碳納米管紗線是將碳納米管沿一定方向有序排列形成的巨觀纖維，被公認為是下一代先進複合材料用增強體，是近年來的國際前沿研究熱點。申請者前期研究發現，浸潤樹脂溶液可顯著提高碳納米管紗線的力學性能，同時紗線的微觀結構非連續等特徵導致其浸漬複合狀態和紗線/樹脂界面粘結行為具有特殊性，明顯不同於傳統的碳纖維/樹脂體系。本項目即針對這一問題，研究連續碳納米管紗線中碳管纏繞取向的微/納米多級結構，分析樹脂對碳納米管紗線的浸漬滲透特性，考察碳納米管堆積結構對樹脂反應的影響，從而揭示碳納米管紗線與樹脂的物理化學作用機制；在此基礎上，發展碳納米管紗線/樹脂界面性能的表征分析方法，掌握樹脂浸漬複合狀態與紗線力學性能及紗線/樹脂界面性能的關在線上制，為碳納米管性能高效轉化奠定實驗和理論基礎，同時牽引碳納米管紗線的高性能化技術發展。

結題摘要

碳納米管是迄今為止世界上強度和模量最高的輕質材料，而且兼具非常優異的功能特性。自其發現以來，將其用於複合材料的增強就是國際研究熱點。但是，由於碳納米管的納米級尺寸，使其在套用過程中存在分散性的問題。因此，近年來的國際熱點開始轉向發展以碳納米管為基礎的連續增強體，包括巴基紙、連續碳納米管纖維和碳納米管薄膜等形式。其中，碳納米管纖維是碳納米管沿單一方向有序排列形成的巨觀紗線，具有質輕高強的優越性，被廣泛認為是第三代先進結構複合材料增強體的良好選擇。但是，在真正實現碳納米管纖維的工程化套用之前，相關研究還面臨很多關鍵基礎問題。其中，碳納米管性能向複合材料性能轉化效率低仍然是現階段的關鍵，本項目針對這一核心問題，系統深入開展以連續碳納米管纖維製備工藝及與樹脂複合強化機制研究，對高性能碳納米管複合材料的製備和套用具有非常重要的理論意義和實用價值。本項目採用陣列加捻紡絲法製備連續碳納米管紗線及樹脂浸潤複合紗線，建立了碳納米管紗線結構、碳管纖維與樹脂浸潤複合狀態以及碳管纖維/樹脂界面性能的測試表征方法；通過紡絲工藝參數和紡絲過程中浸潤液體的選擇，實現了紗線內部CNT的排列和堆積結構的調控，掌握了典型樹脂體系對CNT紗線的浸潤規律和粘結行為，揭示了紗線結構與紗線力學、導電性能之間的關係及樹脂浸潤固化對紗線力學性能的增強作用；探索了碳納米管纖維後處理工藝對其性能的影響，進一步提高了連續碳納米管纖維的力學性能和電性能，並提出了改性增強機制；研究了不同種類碳納米管纖維與環氧樹脂的界面性能，獲取了樹脂性能、碳納米管結構及碳管纖維性能對界面粘結性能的影響規律，並提出了碳納米管纖維/樹脂複合體系界面模型，研究結果為提高碳納米管性能轉化效率、發展高性能碳納米管複合材料提供了重要數據支持和理論依據。