纖維涂層和幾何體對混合碳納米管性能的影響

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纖維涂層和幾何體對混合碳納米管性能的影響

分層次結構的混合復合材料是理想的工程材料，由于其具有較好的力學性能，因此其可以用來承載負荷和機械應力。采用使碳納米管（CNT）在高性能碳纖維（CF）的表面生長的方法使復合材料的纖維樹脂界面具有更好的力學性能。CNT在CF表面的生長是通過浮動催化劑化學氣相沉積（CVD）來實現的。合成纖維的力學性能、CNT的密度和對齊形態，被證明均取決于CNT的生長溫度、生長時間、載氣流量、催化劑含量和CVD腔內大氣狀況。制造了涂有碳纖維增強聚丙烯（CNTCF/PP）復合材料的碳納米管，并對這種碳納米管的特點進行了分析。結合哈爾平方程、Voigt-Reuss模型、混合規則和Krenchel方法，分層次地應用于預測隨機取向的短纖維增強復合材料的力學性能。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和圖像處理軟件，分析了復合斷裂表面上的纖維取向分布。對預測和試驗值之間的差異進行了分析。

試驗結果表明，當滿足合適的CNT生長環境時，CVD方法能夠使CNT在CF表面上生長。在CVD溫度為700℃，反應時間30min時，利用掃描電子顯微鏡（SEM）可以觀察得到CNT涂層在CF上存在的痕跡。在類似的反應條件下,涂有CNT的CF可以顯著提高CNT-CF/PP復合材料的拉伸性能。使用制作的隨機取向的短纖維增強復合材料樣本做拉伸測試。與平滑的CF/PP復合材料相比，CNT-CF/PP復合材料楊氏模量增加大約104％，抗拉強度增加大約64％。

刊名：Materials and Design（英）

刊期：2014年第54期

作者：M.A. Shazed et al

編譯：于雅靜