碳納米管/有機硅樹脂復合材料的性能(SR-CNT)

復合材料的力學性能

  圖1為復合材料抗拉強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,隨著CNT的不斷添加,復合材料的抗拉強度不斷提升;而超過10%之后,復合材料的抗拉強度呈下降趨勢。分析其主要原因是當碳納米管含量低于10%時,碳納米管能夠起到很好的承受載荷作用，因此抗拉強度不斷提升。然而繼續添加碳納米管﹐會使得碳納米管發生團聚難以分散,在樹脂基體中形成孔洞缺陷﹐使材料結構惡化,從而導致抗拉強度降低。碳納米管的良性效果和惡性效果共同作用,在10%添加量處達到**平衡點。

圖1碳納米管添加量對復合材料抗拉強度的影響

碳納米管的添加量對涂膜耐高溫性能的影響

  有機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。當含量達到10%( wt,質量分數,下同)時,涂層已無損壞。繼續添加到15%后﹐涂層表面幾乎無變化。分析其原因,主要有兩個方面:一是碳納米管具有**的導熱能力。若填料具有電子導電性時,則復合材料具有導電、導熱雙導特性,熱傳導依賴于電子傳熱和聚合物與填料的晶格共振，當涂膜經受高溫時,可以**地將熱量傳遞出去,減少了樹脂基體所承受的熱量;二是因為碳納米管對涂膜的強度有一定的強化作用,因此當涂膜受熱膨脹時,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﹐然而也會帶來一定的負面效果,如耐腐蝕性下降。涂層對底材的防腐主要有3種方式,分別為物理屏蔽作用、鈍化作用和電化學保護作用﹐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﹐而當碳納米管添加量達到15%時,涂層的表面點腐蝕現象較為明顯。這主要是由于碳納米管的比表面積大,當其在樹脂基體中含量達到一定值時,超過了樹脂體積所能容納的**值﹐則會造成涂膜的空洞數量增加,使得碳鋼底材得不到保護,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﹐性能是結構的外在反映,碳納米管在基體中的存在狀態和分布情況決定了復合材料的各項性能[15]。圖4(a)—(c)為復合材料的斷口形貌。當碳納米管含量為1%時,碳納米管之間并未形成大規模的互相搭接。當碳納米管含量達到10%時,碳納米管之間互相搭接形成導電網絡﹐且碳納米管在基體中分散較為均勻。而繼續添加碳納米管含量達到15%時﹐由于碳納米管比表面積大且含量過高而導致團聚物的產生。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揮應有的優勢﹐含量過低或者過高難以達到性能要求。

圖4不同碳納米管添加量的涂層斷口形貌圖

通過對比實驗,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**提高有機硅樹脂的力學性能和耐溫特性,而對于涂層的耐腐蝕性能有一定的負面效果,因此尋求各項性能的平衡點是制備新型復合材料的關鍵因素。

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

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