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ATS干貨分享丨高壓均質分散技術助力CNT復合材料性能升級

來源:安拓思納米技術(蘇州)有限公司   2024年09月06日 10:11  

CNT/CFRP簡介

炭纖維增強樹脂基復合材料(Carbon fiber rein forced resin matrix composites, CFRP)具有高比強度高比剛度、優異的耐腐蝕性、可設計性強、可一體化成型等優點,在航空航天、汽車和民用基礎設施等領域具有廣泛應用。但CFRP在實際應用過程中的會出現纖維脫粘、纖維斷裂和層間分層等問題,其中層間分層是最嚴重的失效形式之一。

 

碳納米管(Carbon nanotube, CNT)是一種具有優異的力學性能的一維納米材料,能夠通過拔出、微裂紋和裂紋橋聯等方式增強CFRP,是改善CFRP機械性能的理想增強體。

 

CNT/CFRP制備方法

 

由于CNT管間存在較強的范德華力,管與管之間容易相互纏繞在基體中形成團聚,受力時形成應力集中區域,影響CNT/CFRP的性能。目前制備CNT/CFRP的方法主要有以下兩種:


 

1.通過化學方法使CNT與炭纖維直接相連,從三維結構上制備CNT/CFRP,但是 CNT 容易在炭纖維表面纏結,影響基體的浸潤和材料整體的性能,另外涉及的工藝、設備要求較高,目前還無法投入大規模生產應用
2.通過物理方法如機械攪拌、超聲、三輥分散等,將CNT與樹脂混合,然后引入CNT/CFRP中。但是大量的實驗表明,加入溶劑或對CNT進行功能化處理的方法可以降低基體的黏度、改善CNT分散時的團聚問題,但是有機溶劑不易回收,微量的溶劑殘留會影響CNT/CFRP樣品的宏觀性能,而功能化處理容易造成CNT部分性能的損傷。

 

因此,如何在樹脂基體中實現CNT的均勻分散是一個亟需解決的難題。


高壓均質分散CNT

通過高壓均質機對CNT進行預處理,可以打開CNT管束間的纏繞,提高CNT在環氧樹脂中的分散性與穩定性,獲得分散均勻的CNT改性樹脂。所制備的CNT/CFRP的層間剪切強度也有所提升。

 



CNT分散前后外觀對比

 

 

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通過觀察SEM圖(左)和TEM圖(右)可以看出經過高壓均質機分散處理后,相同質量下CNT體積明顯變大且網絡疏松,管間團聚現象得到了明顯地改善。

 



CNT改性樹脂光學顯微鏡圖

 

 

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未分散的CNT多以纏繞起來的幾十微米大小的團簇存在于樹脂中,結構緊密,基本看不到透過的光線,CNT分布不均勻。高壓均質機分散后的CNT在樹脂中均勻分布且無明顯的團聚現象。

 



CNT/CFRP微觀樣貌

 

 

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使用高壓均質機分散后的CNT改性樹脂制備的 CNT/CFRP ,CNT有效地增強了復合材料的層間性能 ,當CNT含量為1.00%時, 復合材料的層間剪切強度達到最大值 85.1 MPa,提高了37.9%。

 

ATS高壓均質

安拓思納米技術(蘇州)有限公司成立于2001年,隸屬于上海多寧集團,深耕行業二十多年,是一家專業從事精細化工、新能源材料等納米制備設備與工藝輔助,集技術研發、生產、銷售于一體的企業。作為國產第一高壓均質機,ATS為全球客戶提供高性能、高安全、高可靠的納米漿料分散方案。

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ATS提供從實驗型到大型生產不同階段需求的設備及技術解決方案,經ATS高壓均質機分散后的碳納米管無沉淀,顯微鏡下可見CNT分散均勻。

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