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  本文關(guān)鍵詞：碳納米管的分散性及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《大連理工大學(xué)》 2013年

碳納米管的分散性及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能

韓瑜  

【摘要】：碳納米管是一種納米級(jí)纖維,根據(jù)碳原子層數(shù)的不同分為單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)兩種。1991年日本電鏡學(xué)家IijimaS在制備C60的過程中發(fā)現(xiàn)了單壁碳納米管,兩年之后Iijima又成功制備了多壁碳納米管,其研究和發(fā)現(xiàn)在世界范圍內(nèi)掀起了研究熱潮。目前,針對(duì)碳納米管改善復(fù)合材料各方面性能的研究己成為一個(gè)熱點(diǎn),碳納米管的各項(xiàng)性能優(yōu)于傳統(tǒng)纖維材料,大量研究表明,其超強(qiáng)的力學(xué)性能可以很大程度地提高水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能；優(yōu)異的電學(xué)和光電特性可以提高聚合物材料的電導(dǎo)率以及制備新型光電聚合物復(fù)合材料；其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)可以用來制備金屬或金屬氧化物填充的一維納米復(fù)合材料。 水泥混凝土是目前世界上應(yīng)用量最大的建筑材料,它具有成本低,原料豐富,造價(jià)低廉,施工方便,工藝簡單,可按需成型等優(yōu)點(diǎn)。然而,普通水泥混凝土同樣具有自重大,抗拉、抗折強(qiáng)度低,脆性大,抗裂性差等缺點(diǎn),為了克服這些問題,目前普遍采用的方法是纖維復(fù)合水泥基材料,這種方法克服了普通混凝土材料高脆、低韌的缺點(diǎn)。因此具有高強(qiáng)度、高彈性模量、高耐久性的新型納米級(jí)纖維碳納米管已經(jīng)成為當(dāng)前迫切需要的增強(qiáng)增韌材料。 然而,碳納米管具有極大的長徑比,而且管間存在強(qiáng)的van der Waals吸引力,其一般呈束狀纏繞及團(tuán)聚狀態(tài),幾乎不溶于水及有機(jī)溶劑。對(duì)于復(fù)合材料而言,添加相在基體中的分散均勻性是影響材料性能的一個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo),分散越均勻,作用越明顯,材料的整體性能越好。因此如何提高碳納米管的分散性能,消除其團(tuán)聚,成為制備碳納米管復(fù)合材料的前提條件。針對(duì)碳納米管的分散性問題,本文做了如下研究： (1)以阿拉伯膠(GA)、曲拉通(Tx100)、十六烷基三甲基溴化銨(TB)、十二烷基磺酸鈉(SDS)4種表面活性劑(SAA)為MWCNTs的分散劑,采用SAA超聲分散法及酸處理法制備了11種分散液。結(jié)合靜置離心法研究了不同種類SAA單摻的分散效果,結(jié)果表明：單摻GA對(duì)MWCNTs分散效果最好,離心170min后才開始分層。采用紫外分光光譜吸光度法評(píng)價(jià)了不同種類SAA復(fù)摻及SAA摻量變化對(duì)MWCNTs分散性能的影響,測試結(jié)果表明：復(fù)摻Tx100與GA效果最好；當(dāng)GA摻量為0.45g/L時(shí)效果最好；比較二者分散效果后知：GA摻量為0.45g/L的懸浮液分散效果最佳。采用傅里葉紅外光譜(FTIR)檢測混酸氧化后MWCNTs表而的基團(tuán),分析可知：經(jīng)混酸處理后,MWCNTs表面成功引入了羥基和羧基等官能團(tuán)。 (2)為了探討MWCNTs在水性體系中的分散性及分散機(jī)理,以阿拉伯膠為分散劑,采用SAA超聲處理法對(duì)MWCNTs進(jìn)行表面修飾,制備了分散性能良好的MWCNTs懸浮液。采用紫外分光光譜吸光度法(UV-vis)定量分析及TEM測試表征了GA對(duì)MWCNTs分散性能的影響,結(jié)果表明：當(dāng)GA濃度為0.45g/L時(shí),懸浮液中MWCNTs濃度達(dá)到最大值,為初始濃度的90.67%；且懸浮液相當(dāng)穩(wěn)定,靜置80h,MWCNTs濃度僅降低11.45%。通過測定等溫吸附曲線對(duì)GA的吸附分散機(jī)理進(jìn)行了分析和討論,結(jié)果表明：GA在MWCNTs表面為典型的“SL”型兩階段吸附,當(dāng)GA濃度為0.45g/L時(shí),在MWCNTs表面達(dá)到吸附飽和狀態(tài)。GA能夠通過其分子長鏈的包覆作用改善MWCNTs的親水性和分散性。 在以上分散性研究的基礎(chǔ)上,本文以GA為分散劑,制備了分散性能良好的碳納米管懸浮液及碳納米管水泥基復(fù)合材料,系統(tǒng)深入研究了碳納米管水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能,具體工作及研究成果如下： (1)水泥凈漿試件的力學(xué)強(qiáng)度隨碳納米管摻量的增加呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢,隨齡期的變化呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；隨水灰比的變化,凈漿試件的力學(xué)強(qiáng)度先增大后減小,且摻加碳納米管的凈漿試件的力學(xué)強(qiáng)度均高于空白試件；在養(yǎng)護(hù)齡期為28天時(shí),水灰比為0.35,MWCNTs摻量為0.08wt.%的水泥凈漿試件的抗折強(qiáng)度提高43.6%,并達(dá)到最大值15.8MPa,當(dāng)MWCNTs摻量為0.10wt.%時(shí),水泥凈漿試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值84.5MPa,與空白試件相比提高了9.2%。 (2)碳納米管的摻入提高了水泥砂漿試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。當(dāng)MWCNTs摻量為水泥重量的0.1wt.%時(shí),試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值89.4MPa,與空白試件相比提高21.6%;當(dāng)MWCNTs摻量為0.08wt.%時(shí),試件的抗折強(qiáng)度提高38.5%：當(dāng)MWCNTs的摻量達(dá)到最大值0.15wt.%時(shí),試件的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度都沒有隨之增加反而呈現(xiàn)略微降低的趨勢；其力學(xué)強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)齡期的增加而增大。 (3)采用三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)法,用高精度MTS318電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)對(duì)碳納米管水泥基復(fù)合材料的彎曲韌性進(jìn)行了測試分析。結(jié)果表明,摻加碳納米管后水泥基復(fù)合材料的韌性顯著提高,其中,水灰比為0.35,碳納米管摻量為0.08wt.%的凈漿試件的斷裂能相比空白試件提高165.1%,韌度指數(shù)提高52.8%。 采用多種材料微觀測試技術(shù),結(jié)合復(fù)合材料理論,對(duì)碳納米管改善水泥基復(fù)合材料性能的微觀作用機(jī)理進(jìn)行了分析。研究表明,碳納米管的作用機(jī)理為：MWCNTs在懸浮液及水泥漿基體中具有較好的分散性,碳納米管能夠促進(jìn)水泥基復(fù)合材料的水化,水泥基復(fù)合材料具有較強(qiáng)的界面粘結(jié)強(qiáng)度并且MWCNTs能夠改善水泥基復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TB383.1;TB332
【目錄】：

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5 劉夏;楊慶生;;網(wǎng)絡(luò)碳納米管復(fù)合材料的有效力學(xué)性能[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊)[C];2010年

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7 陳廣新;畢丹;;碳納米管的表面修飾及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全國高分子材料科學(xué)與工程研討會(huì)學(xué)術(shù)論文集（下冊）[C];2010年

8 蘇丹華;張玲;金磊;李春忠;;靜電吸附制備玻璃布/碳納米管增強(qiáng)體改性環(huán)氧樹脂[A];顆粒學(xué)最新進(jìn)展研討會(huì)——暨第十屆全國顆粒制備與處理研討會(huì)論文集[C];2011年

9 張文毓;;碳納米管及其應(yīng)用[A];納米材料和技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展——全國第三屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議論文集（上卷）[C];2003年

10 呂建偉;王萬錄;廖克俊;萬步勇;張毅;;形變引發(fā)碳納米管膜電阻變化的研究[A];第五屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集Ⅱ[C];2004年

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉霞;[N];科技日報(bào);2009年

2 記者 何德功;[N];新華每日電訊;2003年

3 記者 吳輝;[N];中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2001年

4 張巍巍;[N];科技日報(bào);2010年

5 黃紹平;[N];中國電子報(bào);2001年

6 記者 謝昭萍 特約記者 肖萍;[N];中國化工報(bào);2004年

7 記者 薛冬 通訊員 譚少容;[N];光明日報(bào);2001年

8 本報(bào)記者 薛冬 通訊員 譚少容;[N];光明日報(bào);2001年

9 黃中;[N];中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)報(bào);2001年

10 馮衛(wèi)東;[N];科技日報(bào);2009年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉麗娜;碳納米管—雙馬來酰亞胺體系的摩擦磨損研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 徐立華;電暈等離子體改性碳納米管及其在環(huán)氧樹脂中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2010年

3 梅蕾;碳納米管/碳纖維多尺度結(jié)構(gòu)制備及其界面增強(qiáng)效果研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 朱幸福;碳納米管復(fù)合材料及碳納米管為模板的納米管的制備與性質(zhì)研究[D];吉林大學(xué);2011年

5 崔偉;表面修飾碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與性能[D];華中科技大學(xué);2011年

6 蔣遼川;半導(dǎo)體金屬氧化物修飾碳納米管的制備及其電催化、光電催化性能的研究[D];華南理工大學(xué);2010年

7 亓鈞雷;碳納米管、碳納米片、石墨烯及其復(fù)合物的制備和場發(fā)射性能的研究[D];吉林大學(xué);2010年

8 姚勝紅;碳納米管/聚偏氟乙烯高介電納米復(fù)合材料的顯微結(jié)構(gòu)控制與介電性能的關(guān)聯(lián)[D];北京化工大學(xué);2009年

9 韓占濤;表面活性劑懸浮碳納米管在孔隙介質(zhì)中的運(yùn)移研究[D];中國地質(zhì)科學(xué)院;2010年

10 葉麗娜;無機(jī)空心微納米結(jié)構(gòu)的制備及其應(yīng)用[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐勤;碳納米管樹狀分子復(fù)合材料的制備及其性能研究[D];上海師范大學(xué);2010年

2 祝麗娟;碳納米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡膠硫化膠性能研究[D];南京理工大學(xué);2010年

3 林德盟;高分子水凝膠修飾碳納米管神經(jīng)元探針[D];南京理工大學(xué);2010年

4 劉曉偉;碳納米管及其復(fù)合物的制備和場發(fā)射性能的研究[D];吉林大學(xué);2010年

5 陳晨;碳納米管的功能化及其復(fù)合材料的電化學(xué)性能研究[D];北京化工大學(xué);2010年

6 秦瑞紅;氣體膨脹液體的熱力學(xué)性質(zhì)研究及其在碳納米管功能化修飾中的應(yīng)用[D];鄭州大學(xué);2010年

7 林小靜;碳納米管的低溫等離子體改性及其引發(fā)苯乙烯接枝共聚[D];天津大學(xué);2010年

8 王蜜;聚硅氧烷接枝碳納米管及聚合物復(fù)合材料的制備與性能[D];東北林業(yè)大學(xué);2010年

9 曾靜;自由基加成反應(yīng)在碳納米管和石墨烯修飾中的應(yīng)用[D];蘭州大學(xué);2011年

10 郭大鵬;分子開關(guān)和十字形碳納米管的輸運(yùn)性質(zhì)研究[D];蘭州大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：碳納米管的分散性及其水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：148249