酸化处理对纳米碳纤维及其复合材料性能的影响

摘要/Abstract

摘要：

本文采用浓酸(浓硫酸/浓硝酸)氧化法对纳米碳纤维进行表面处理，在水热和超声分散条件下，制备纳米碳纤维/环氧树脂复合材料。X射线光电子能谱分析表明，酸化处理在纳米碳纤维表面引入了羟基和羧基等能参与环氧树脂固化反应的官能团。流变试验结果表明，酸化处理在一定程度上提高了复合材料流体的流动性。断裂韧性测试结果和扫描电子显微镜(SEM)分析也显示了酸化处理能有效改善纤维与树脂的界面结合状况，提高复合材料的断裂韧性。

关键词: 纳米碳纤维, 环氧树脂, 酸化处理, 流变性能, 断裂韧性

Abstract:

Concentrated acidification (vitriol/nitric acid) method was applied to the surface treatment of carbon nanofibers (CNFs).The carbon nanofibers/epoxy resin composites were fabricated under hydrothermal and ultrasonic conditions.Xray photoelectron spectroscopy analysis showed that hydroxyl and carboxyl functional groups，which could participate in the cure reaction of epoxy resin，were introduced into the surface of carbon nanofibers after acidification treatment.Rheology properties tests indicated that the fluidity of composite fluid was improved.Results of fracture toughness tests and scanning electron microscope (SEM) exhibited that the interface combination between the carbon nanofibers and the resin was effectively improved and the fracture toughness of composites was remarkably increased after acidification treatment.

中图分类号:

TB383
TB332

梅启林, 袁露, 王继辉, 黄志雄. 酸化处理对纳米碳纤维及其复合材料性能的影响[J]. 玻璃钢/复合材料, 2009, 209(1): 23-27.

MEI Qi-Lin, Yuan-Lu, Wang-Ji-Hui, Huang-Zhi-Xiong. EFFECT OF ACIDIFICATION TREATMENT ON THE PROPERTIES OF CARBON
NANOFIBERS AND COMPOSITES[J]. Fiber Reinforced Plastics/Composites, 2009, 209(1): 23-27.

参考文献

［1］张勇，唐元洪，裴立宅等.纳米碳纤维的批量制备和应用［J］.高科技纤维与应用，2005，39(2)：2025.
［2］赵稼祥.纳米碳纤维及其应用［J］.纤维复合材料，2003，(4)：4850.
［3］ Choi，Young Kuk，Sugimoto，Koh Ichi，Song，Sung Moo et al.Mechanical and thermal properties of vaporgrown carbon nanofiber and polycarbonate composite sheets［J］.Materials Letters，2005，59(27)：35153520.
［4］ Enomoto，Kazuki，Yasuhara，Toshiyuki，Ohtake，Naoto.Mechanical properties of injectionmolded composites of carbon nanofibers in polypropylene matrix［J］.New Diamond and Frontier Carbon Technology，2005，15(2)：5972.
［5］ Zhu，Hongwei，Li，Xuesong，Ci，Lijie，Hydrogen storage in heattreated carbon nanofibers prepared by the vertical floating catalyst method［J］.Materials Chemistry and Physics，2003，78(3)：670675.
［6］ Yeh M K，Tai N H，Liu J H.Mechanical behavior of phenolicbased composites reinforced with multiwalled carbon nanotubes［J］.Carbon，2006，44：19.
［7］ Sophie B，Philippe D，Emile P，Alain P，Christophe L，Colette L.Effect of Palmitic Acid on the Electrical Conductivity of CarbonNanotubesEpoxy Resin Composites［J］.Macromolecules，2003，36：96789680.
［8］ Young S S，Jae RY.Evaluation of effective thermal conductivity forcarbonnanotube/polymer composites using control volume finite element method［J］.Carbon，2006，44：710717.
［9］张兵，郭燕川，陈丽娟等.载气对注入CVD法制备纳米碳管和纳米碳纤维的影响［J］.化学学报，2004，62(22)：22532258.
［10］于立岩，张乾，崔作林.螺旋纳米碳纤维的制备与表征［J］.高等学校化学学报，2005，26(1)：58.
［11］朱春野，谢自立，郭坤敏.气相生长纳米碳纤维的形态控制［J］.无机材料学报，2004，19(3)：599604.
［12］ A.Zubeldia，M.Larranaga，P.Remiro，P.Remiro，L.Mondragon，Fracture toughening of epoxy resins of different molecular matrices with blends of weights and other modifiers［J］.Journal of Polymer Science Part BPolymer Physics，2004，42(21)：39203933.
［13］ Jin Ah Kim，Dong Gi Seong，Tae Jin Kang，Jae Ryoun Youn.Effects of surface modification on rheological and mechanical properties of CNT/epoxy composites.［J］.Carbon，2006，44：18981905.

[1]	黄东辉, 曾少华. 自组装蒙脱土-碳纳米管对玻纤增强复合材料力学及界面性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 39-44.
[2]	王雅娜, 赵魏. 复合材料Ⅱ型分层ENF试验数据处理方法对比分析[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(7): 81-92.
[3]	黄东辉, 曾少华. 氨基化石墨烯-玻璃纤维增强环氧复合材料的界面黏合性研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 27-32.
[4]	杨青, 程超, 刁春霞, 吕玥蒽, 周飞, 丁小马, 陈正国. 真空辅助灌注成型用聚双环戊二烯的制备及其碳纤维增强复合材料的性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(6): 89-95.
[5]	刘燕峰, 刘青曼, 陈旭. 高温固化松香基环氧树脂碳纤维增强复合材料性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(4): 40-44.
[6]	阳泽濠, 陶雷, 戚亮亮, 李朝阳, 李新河, 代俊, 刘勇, 张辉. 干法缠绕用碳纤维增强环氧树脂预浸纱线的设计及其性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(3): 87-95.
[7]	冯旭, 刘玲. 氨基化碳管薄膜对碳纤维复合材料层间性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(2): 82-88.
[8]	常舰, 肖海刚, 谢钟清, 毕华阳, 郑金华, 朱姝, 侯进森. 不同工艺参数和界面改性对碳纤维增强聚苯硫醚复合材料Ⅰ型层间断裂韧性的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 22-28.
[9]	冯振宇, 韩雪飞, 袁浩然, 李翰, 解江. 基于UMATHT子程序的玻璃纤维环氧树脂三维热响应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 29-35.
[10]	张文华, 方超宇, 李鑫, 尤立文, 亓奕卿, 周权. 含硼酸酯键的可降解环氧树脂基复合材料的制备与性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2022, 0(1): 91-97.
[11]	欧阳俊杰, 王付胜, 孔繁淇, 王秉谦, 陈亚军. 湿/热环境对环氧树脂复合材料冲击后压缩剩余强度的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 31-37.
[12]	颜晨, 周瑞瑞, 成超英, 卜丽静. 大型风电叶片环氧树脂混胶设备免洗枪技术与应用[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(9): 89-93.
[13]	张代军, 邢宇, 包建文, 钟翔屿, 刘巍. 环氧树脂交联结构对固化动力学的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(7): 93-98.
[14]	张代军, 陈俊, 包建文, 钟翔屿, 龚明, 陈祥宝. 树脂基体中热塑性树脂含量对碳纤维环氧复合材料压缩性能的影响[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 31-36.
[15]	李丽丽, 李青, 肖文刚, 柴朋军. 石墨烯/环氧树脂纳米复合材料的研究进展[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(5): 110-119.