本文關(guān)鍵詞：環(huán)氧填充取向碳納米管束雜化微膠囊及其氰酸酯復(fù)合材料的研究

  更多相關(guān)文章： 自修復(fù) 取向碳納米管束 微膠囊 力學(xué)性能 熱性能

【摘要】：氰酸酯(CE)樹脂具有優(yōu)異的力學(xué)性能、高的耐熱性能及良好的介電性能等,廣泛用于電子信息、電子封裝等領(lǐng)域。但是由于固化后的CE樹脂具有高的交聯(lián)密度,因此CE樹脂材料呈現(xiàn)脆性,在材料使用過程中易產(chǎn)生裂紋,從而降低材料的安全使用性能并限制了材料的應(yīng)用領(lǐng)域。此外,電子信息材料的高速發(fā)展,要求材料具有更優(yōu)異的力學(xué)性能及熱性能等,因此有必要提高CE樹脂復(fù)合材料的綜合性能。研究表明通過添加含有修復(fù)劑的微膠囊(MCs)可有效實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)部裂紋的修復(fù),延長材料的使用壽命,并可提高材料的韌性。碳納米管束(CNTB)具有獨(dú)特的力學(xué)性能、熱性能及電性能等,其內(nèi)部呈多孔隙結(jié)構(gòu),文獻(xiàn)報(bào)道通過在其孔隙中浸入膠黏劑/低聚物可有效提高CNTB的比強(qiáng)度,所得到的膠黏劑/低聚物浸漬的CNTB體系可有效改善聚合物的力學(xué)性能、電性能及熱性能等性能。因此本文制備一種環(huán)氧樹脂膠黏劑浸漬的CNTB雜化MCs,并將其應(yīng)用到CE樹脂體系,這種MCs不但可實(shí)現(xiàn)材料內(nèi)部裂紋的修復(fù),還可賦予材料優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱性等性能。本文主要研究內(nèi)容有:首先,以取向碳納米管束(ACNTB)和雙酚A型環(huán)氧樹脂為原料,采用溶液浸漬法獲得環(huán)氧樹脂浸漬的ACNTB(epoxy@ACNTB)粒子,然后將epoxy@ACNTB粒子分散在含有環(huán)氧樹脂胺類固化劑(FS-2B)的水溶液中,利用化學(xué)界面反應(yīng),在epoxy@ACNTB粒子表面形成碳納米管(CNT)/環(huán)氧樹脂聚合物雜化物膜,得到CNT/環(huán)氧樹脂聚合物雜化膜包覆epoxy@ACNTB粒子的MCs。討論了不同原料配比對(duì)MCs結(jié)構(gòu)與性能的影響。通過紅外光譜(FTIR)和X射線衍射(XRD)分析MCs的化學(xué)結(jié)構(gòu)。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和激光共聚焦顯微鏡(LSCM)觀察MCs的形貌。利用熱重分析法(TGA)和差示掃描量熱法(DSC)分析MCs的熱性能。研究結(jié)果表明:MCs具有較高的初始分解溫度Tdi(263~273°C),MCs中填充環(huán)氧樹脂含量為62~80%,聚合物薄膜殼厚度為1~2μm,MCs在~200°C具有良好的耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性,并在丙酮溶劑中具有良好的耐溶劑性。將制備的epoxy@ACNTB雜化MCs應(yīng)用到高性能CE樹脂體系,詳細(xì)研究了MCs對(duì)CE樹脂力學(xué)性能、熱性能、燃燒性能、介電性能及自修復(fù)性能等性能的影響。研究表明:由于MCs可以催化CE樹脂體系反應(yīng)并與CE樹脂基體有良好的界面作用,同時(shí)MCs中ACNTB中CNT間的載荷轉(zhuǎn)移能力增強(qiáng)及MCs在樹脂基體對(duì)裂紋的鈍化或鉚接等原因,MCs可以明顯改善CE樹脂的力學(xué)性能。當(dāng)MCs的含量為5wt%時(shí),CE/MCs的力學(xué)性能最佳,與未添加MCs的純CE樹脂相比,其彎曲強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和斷裂韌性分別提高了59%、45%、32%和71%。適當(dāng)MCs的加入在一定程度上可維持CE樹脂基體的耐熱性。由于MCs中含有CNT,MCs的加入可以提高CE樹脂基體的介電常數(shù),且對(duì)CE樹脂基體的介電損耗影響較小。由于MCs中含有高熱導(dǎo)CNT及MCs與樹脂基體有良好的界面作用,使得MCs的加入可以提高CE樹脂基體的熱導(dǎo)率。當(dāng)MCs的含量為10wt%和15wt%時(shí),CE/MCs體系的導(dǎo)熱系數(shù)比純CE樹脂體系提高了約16%和18%。MCs加入CE樹脂體系可以提高CE樹脂基體交聯(lián)密度,以及MCs中環(huán)氧樹脂在加熱過程中體積收縮現(xiàn)象,使得MCs的加入可以降低CE基體的熱膨脹系數(shù)(CTE)值。MCs的加入促進(jìn)CE/MCs體系在燃燒過程中形成致密炭保護(hù)層,提高CE樹脂體系的耐燃燒性能。破裂的MCs在加熱條件下可以釋放出環(huán)氧樹脂修復(fù)劑至裂紋處,其與樹脂基體中未反應(yīng)的-OCN或三嗪環(huán)或胺類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),從而粘合裂紋面,達(dá)到恢復(fù)材料性能的目的。由于低溫下環(huán)氧樹脂修復(fù)劑在樹脂基體斷裂面可有效擴(kuò)散,斷裂的CE/MCs體系采用100°C/1h+200°C/2h愈合溫度程序,其得到的樹脂基體的修復(fù)率比采用200°C/2h愈合溫度程序高,當(dāng)MCs的含量為15wt%,采用100°C/1h+200°C/2h愈合溫度程序愈合CE/MCs體系,修復(fù)率可達(dá)到99.8%。
【關(guān)鍵詞】：自修復(fù) 取向碳納米管束 微膠囊 力學(xué)性能 熱性能
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB33
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 文獻(xiàn)綜述11-28
• 1.1 前言11
• 1.2 本征型自修復(fù)11-15
• 1.2.1 熱可逆共價(jià)鍵自修復(fù)11-13
• 1.2.2 氫鍵自修復(fù)13-15
• 1.3 外援型自修復(fù)15-23
• 1.3.1 中空纖維修復(fù)15-16
• 1.3.2 仿生微脈管網(wǎng)絡(luò)16-18
• 1.3.3 微膠囊修復(fù)18-23
• 1.3.3.1 微膠囊的概念18
• 1.3.3.2 微膠囊合成方法18-19
• 1.3.3.3 微膠囊形貌表征19-20
• 1.3.3.4 微膠囊性能表征20
• 1.3.3.5 自修復(fù)微膠囊在樹脂基材料中的應(yīng)用20-23
• 1.4 形狀記憶材料修復(fù)23-24
• 1.5 其它自修復(fù)方法24-25
• 1.6 多層次結(jié)構(gòu)CNT研究進(jìn)展25-26
• 1.7 選題意義及研究內(nèi)容26-28
• 第二章 環(huán)氧填充取向碳納米管束微膠囊的合成與表征28-44
• 2.1 前言28-29
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分29-32
• 2.2.1 主要原料29-30
• 2.2.2 主要儀器與設(shè)備30
• 2.2.3 MCs的合成30-31
• 2.2.4 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-42
• 2.3.1 MCs合成機(jī)理32-34
• 2.3.2 MCs的化學(xué)結(jié)構(gòu)與形貌34-38
• 2.3.3 MCs的熱性能38-41
• 2.3.4 MCs的耐溶劑性41-42
• 2.4 小結(jié)42-44
• 第三章 CE/MCs體系的結(jié)構(gòu)與性能44-69
• 3.1 前言44-45
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分45-51
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料45-46
• 3.2.2 主要儀器與設(shè)備46
• 3.2.3 CE/MCs復(fù)合材料的制備46-49
• 3.2.4 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試49-51
• 3.3 結(jié)果與討論51-67
• 3.3.1 CE/MCs復(fù)合材料體系的力學(xué)性能51-55
• 3.3.2 CE/MCs體系的熱性能55
• 3.3.3 CE/MCs復(fù)合材料體系的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能55-57
• 3.3.4 CE/MCs體系的介電性能57-58
• 3.3.5 CE/MCs體系的導(dǎo)熱性能58-59
• 3.3.6 CE/MCs體系的熱膨脹性能59-60
• 3.3.7 CE/MCs體系的阻燃性能60-62
• 3.3.8 CE/MCs體系的自修復(fù)性能62-67
• 3.4 小結(jié)67-69
• 第四章 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-87
• 碩士期間發(fā)表的論文及申請(qǐng)的專利87-88
• 致謝88-89

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本文編號(hào)：595359