碳纳米管/有机硅树脂复合材料的性能(SR-CNT)

复合材料的力学性能

  图1为复合材料抗拉强度随着碳纳米管添加量的变化曲线。从图1可看出﹐在CNT含量低于10%时,随着CNT的不断添加,复合材料的抗拉强度不断提升;而超过10%之后,复合材料的抗拉强度呈下降趋势。分析其主要原因是当碳纳米管含量低于10%时,碳纳米管能够起到很好的承受载荷作用，因此抗拉强度不断提升。然而继续添加碳纳米管﹐会使得碳纳米管发生团聚难以分散,在树脂基体中形成孔洞缺陷﹐使材料结构恶化,从而导致抗拉强度降低。碳纳米管的良性效果和恶性效果共同作用,在10%添加量处达到**平衡点。

图1碳纳米管添加量对复合材料抗拉强度的影响

碳纳米管的添加量对涂膜耐高温性能的影响

  有机硅树脂本身具有很好的耐高温性能﹐再加入碳纳米管的高导热性能,使得涂膜的耐温性有了一定的提升。图2为不同碳纳米管添加量的涂膜在500℃下烘烤 30min后的表面形貌。从图2可知,随着碳纳米管含量的增加,涂层的完整度逐渐提高。当含量达到10%( wt,质量分数,下同)时,涂层已无损坏。继续添加到15%后﹐涂层表面几乎无变化。分析其原因,主要有两个方面:一是碳纳米管具有**的导热能力。若填料具有电子导电性时,则复合材料具有导电、导热双导特性,热传导依赖于电子传热和聚合物与填料的晶格共振，当涂膜经受高温时,可以**地将热量传递出去,减少了树脂基体所承受的热量;二是因为碳纳米管对涂膜的强度有一定的强化作用,因此当涂膜受热膨胀时,减少或避免了涂层的断裂和变形。

图2不同碳纳米管添加量的涂膜在500℃下

碳纳米管的添加量对涂膜耐腐蚀性能的影响

  碳纳米管的加入﹐使得涂膜的耐高温性能提升﹐然而也会带来一定的负面效果,如耐腐蚀性下降。涂层对底材的防腐主要有3种方式,分别为物理屏蔽作用、钝化作用和电化学保护作用﹐而主要的防腐方式则为物理屏蔽作用﹐涂膜的致密性直接影响了其耐腐蚀特性。图3为不同碳纳米管添加量的涂膜在3.5%盐水中浸泡48h 后的表面形貌图。0%~10%碳纳米管含量的涂膜表面完好无损﹐而当碳纳米管添加量达到15%时,涂层的表面点腐蚀现象较为明显。这主要是由于碳纳米管的比表面积大,当其在树脂基体中含量达到一定值时,超过了树脂体积所能容纳的**值﹐则会造成涂膜的空洞数量增加,使得碳钢底材得不到保护,从而被盐水腐蚀。

图3不同碳纳米管添加量的涂膜在3.5%盐水中浸泡48h 后的表面形貌图

复合材料的断口形貌

  我们知道,材料的组织决定材料的性能﹐性能是结构的外在反映,碳纳米管在基体中的存在状态和分布情况决定了复合材料的各项性能[15]。图4(a)—(c)为复合材料的断口形貌。当碳纳米管含量为1%时,碳纳米管之间并未形成大规模的互相搭接。当碳纳米管含量达到10%时,碳纳米管之间互相搭接形成导电网络﹐且碳纳米管在基体中分散较为均匀。而继续添加碳纳米管含量达到15%时﹐由于碳纳米管比表面积大且含量过高而导致团聚物的产生。这说明,涂层中必须存在足量的碳纳米管才能使得碳纳米管充分发挥应有的优势﹐含量过低或者过高难以达到性能要求。

图4不同碳纳米管添加量的涂层断口形貌图

通过对比实验,比较各组分涂层的性能和组织形貌，确定10%为碳纳米管的**添加量。

  添加碳纳米管可以**提高有机硅树脂的力学性能和耐温特性,而对于涂层的耐腐蚀性能有一定的负面效果,因此寻求各项性能的平衡点是制备新型复合材料的关键因素。

  超声分散法制备工艺**简便,制备出的涂层性能**,适用于批量化大规模生产。

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