碳納米管/有機(jī)硅樹脂復(fù)合材料的性能(SR-CNT)

復(fù)合材料的力學(xué)性能

  圖1為復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度隨著碳納米管添加量的變化曲線。從圖1可看出﹐在CNT含量低于10%時(shí),隨著CNT的不斷添加,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度不斷提升;而超過10%之后,復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度呈下降趨勢。分析其主要原因是當(dāng)碳納米管含量低于10%時(shí),碳納米管能夠起到很好的承受載荷作用，因此抗拉強(qiáng)度不斷提升。然而繼續(xù)添加碳納米管﹐會(huì)使得碳納米管發(fā)生團(tuán)聚難以分散,在樹脂基體中形成孔洞缺陷﹐使材料結(jié)構(gòu)惡化,從而導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度降低。碳納米管的良性效果和惡性效果共同作用,在10%添加量處達(dá)到**平衡點(diǎn)。

圖1碳納米管添加量對(duì)復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度的影響

碳納米管的添加量對(duì)涂膜耐高溫性能的影響

  有機(jī)硅樹脂本身具有很好的耐高溫性能﹐再加入碳納米管的高導(dǎo)熱性能,使得涂膜的耐溫性有了一定的提升。圖2為不同碳納米管添加量的涂膜在500℃下烘烤 30min后的表面形貌。從圖2可知,隨著碳納米管含量的增加,涂層的完整度逐漸提高。當(dāng)含量達(dá)到10%( wt,質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)時(shí),涂層已無損壞。繼續(xù)添加到15%后﹐涂層表面幾乎無變化。分析其原因,主要有兩個(gè)方面:一是碳納米管具有**的導(dǎo)熱能力。若填料具有電子導(dǎo)電性時(shí),則復(fù)合材料具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱雙導(dǎo)特性,熱傳導(dǎo)依賴于電子傳熱和聚合物與填料的晶格共振，當(dāng)涂膜經(jīng)受高溫時(shí),可以**地將熱量傳遞出去,減少了樹脂基體所承受的熱量;二是因?yàn)樘技{米管對(duì)涂膜的強(qiáng)度有一定的強(qiáng)化作用,因此當(dāng)涂膜受熱膨脹時(shí),減少或避免了涂層的斷裂和變形。

圖2不同碳納米管添加量的涂膜在500℃下

碳納米管的添加量對(duì)涂膜耐腐蝕性能的影響

  碳納米管的加入﹐使得涂膜的耐高溫性能提升﹐然而也會(huì)帶來一定的負(fù)面效果,如耐腐蝕性下降。涂層對(duì)底材的防腐主要有3種方式,分別為物理屏蔽作用、鈍化作用和電化學(xué)保護(hù)作用﹐而主要的防腐方式則為物理屏蔽作用﹐涂膜的致密性直接影響了其耐腐蝕特性。圖3為不同碳納米管添加量的涂膜在3.5%鹽水中浸泡48h 后的表面形貌圖。0%~10%碳納米管含量的涂膜表面完好無損﹐而當(dāng)碳納米管添加量達(dá)到15%時(shí),涂層的表面點(diǎn)腐蝕現(xiàn)象較為明顯。這主要是由于碳納米管的比表面積大,當(dāng)其在樹脂基體中含量達(dá)到一定值時(shí),超過了樹脂體積所能容納的**值﹐則會(huì)造成涂膜的空洞數(shù)量增加,使得碳鋼底材得不到保護(hù),從而被鹽水腐蝕。

圖3不同碳納米管添加量的涂膜在3.5%鹽水中浸泡48h 后的表面形貌圖

復(fù)合材料的斷口形貌

  我們知道,材料的組織決定材料的性能﹐性能是結(jié)構(gòu)的外在反映,碳納米管在基體中的存在狀態(tài)和分布情況決定了復(fù)合材料的各項(xiàng)性能[15]。圖4(a)—(c)為復(fù)合材料的斷口形貌。當(dāng)碳納米管含量為1%時(shí),碳納米管之間并未形成大規(guī)模的互相搭接。當(dāng)碳納米管含量達(dá)到10%時(shí),碳納米管之間互相搭接形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)﹐且碳納米管在基體中分散較為均勻。而繼續(xù)添加碳納米管含量達(dá)到15%時(shí)﹐由于碳納米管比表面積大且含量過高而導(dǎo)致團(tuán)聚物的產(chǎn)生。這說明,涂層中必須存在足量的碳納米管才能使得碳納米管充分發(fā)揮應(yīng)有的優(yōu)勢﹐含量過低或者過高難以達(dá)到性能要求。

圖4不同碳納米管添加量的涂層斷口形貌圖

通過對(duì)比實(shí)驗(yàn),比較各組分涂層的性能和組織形貌，確定10%為碳納米管的**添加量。

  添加碳納米管可以**提高有機(jī)硅樹脂的力學(xué)性能和耐溫特性,而對(duì)于涂層的耐腐蝕性能有一定的負(fù)面效果,因此尋求各項(xiàng)性能的平衡點(diǎn)是制備新型復(fù)合材料的關(guān)鍵因素。

  超聲分散法制備工藝**簡便,制備出的涂層性能**,適用于批量化大規(guī)模生產(chǎn)。

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