碳纳米管修饰碳纤维增强树脂基复合材料力学性能研究进展
碳纳米管树脂基复合材料阻尼性能的研究进展
２０ ０ ８年 １ ０月
综 述
Ｓ ｕｍｍａ ｉａｉ ｎ ｒｚ ｔｏ
Ｖ０ ． Ｎｏ５ １ ５ ． Ｏｃｏ ｅ ２ ０ ｔｂ ｒ ０ ８
碳 纳米 管树脂基复合材 料阻尼 性能 的研究进展
韩建德 ， 郑 宁
（ ． 家庄铁 道 学 院 材料 科 学与 工程分 院 ， 河 北 石 家庄 １石 （． ２ 河北省 水利 科 学研 究院 ， 河 北 石 家庄 摘 ００ ４ ） ５ ０ ３ ００ ５ ） ５ ０ ７
性材料 、 弹性体 、 磁性体 、 电材料 、 压 电流变 ／ 磁流 变液以及分流电路复合进入结构体 中，这种方法 能够帮助结构体损耗掉很大的能量 ， 其主要缺点 ：
一
很大提高。 近几年来 ， 科学家们逐渐发现碳纳米管
的加入 可 以大大 增加 复合 材料 的阻尼 性能 。
是破坏了结构的整体性 ；二是降低了结构的承
ＨＡＮ Ｊａ — ｅ， Ｚ ｉｎ ｄ ＨＥＮＧ ｎ ２ Ｎｉｇ
（ ． ｅ ａｔ ｅ ｔ ｆ ｔｒ ｌＳ ｉａｈ ａ ｇＲ ｉ ａ ｓ ｔｔ， Ｓ ｉａｈ ａ ｇ ０ ０ ４ ， Ｃ ｉａ １ Ｄ ｐ ｒ ｎ ｅｉ ， ｈ ｉｚｕ ｎ ａ ｗ ｙＩ ｔｕｅ ｈｊ ｚｕ ｎ ５ ０ ３ ｍ ｏ Ｍａ ａ ｊ ｌ ｎｉ ｉ ｈｎ ） （ ． ｅ ｅ Ｐｏ ｉｃａ Ａ ａ ｅ ｆ ｔ ｅｏ ｒｅ， Ｓ ｉａｈ ａ ｇ ０ ０ ５ ， Ｃ ｉａ ２ Ｈ ｂ ｉ ｒｖｎｉｌ ｃ ｄｍｙｏ ｅ Ｒ ｓｕｅ ｓ ｈ ｉ ｕ ｎ ５ ０ ７ Ｗａ ｒ ｊｚ ｈｎ ）
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碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展_邱军
收稿:2011-04-25;修回:2011-07-18;基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009A A03Z528);作者简介:邱军,男,工学博士,教授,博士研究生导师,研究方向为高性能聚合物基复合材料;E -mail :qiujun @tong ji .edu .cn .碳纳米管及碳纤维增强环氧树脂复合材料研究进展邱 军,陈典兵(同济大学材料科学与工程学院,先进土木工程材料教育部重点实验室,上海 201804) 摘要:碳纳米管与碳纤维具有优异的力学、电学等性能,广泛用做复合材料增强体,但目前碳纳米管/碳纤维/环氧树脂复合材料的研究具有一定的局限性,只考虑了两相材料间的作用,即仅对单一相进行处理而忽略了另一相的改性。
本文从碳纳米管/碳纤维协同增强环氧树脂基体复合材料的思路入手,结合自己的研究成果,综述了国内外相关研究进展。
从研究结果可以看出,将三相材料之间完全有效地联系起来,发挥三者间的协同效应,复合材料的性能可以发生质的飞跃。
关键词:碳纳米管;碳纤维;环氧树脂;三相复合材料引言日本科学家Iijim a [1]在1991年首次发现碳纳米管(CN Ts )。
碳纳米管具有着优异的力学、电性能和热性能,抗拉强度达到200GPa ,弹性模量可达1TPa ,并且具有低密度、高长径比等结构特点,因此成为聚合物复合材料的理想增强材料。
碳纤维(CF )具有十分优异的力学性能,同时耐高温、耐腐蚀、耐摩擦、抗疲劳、低热膨胀系数、导电导性、电磁屏蔽性优良等。
碳纤维复合材料同样具有其它复合材料无法比拟的优良性能,广泛应用于航空航天、汽车、电子电气等领域[2]。
环氧树脂(EP )是一种高性能复合材料基体,具有优良的机械性能、绝缘性能、耐腐蚀性能、黏接性能和低收缩性能。
当前以环氧树脂为基体的高性能复合材料应用广泛,碳纳米管/环氧树脂复合材料和碳纤维/环氧树脂复合材料凸显了优异的力学和综合性能,那么如何再进一步提高这两类复合材料的性能呢?本文在简要综述碳纳米管和碳纤维对环氧树脂复合材料性能改善的前提下,进一步综述了碳纳米管/碳纤维/环氧树脂三相复合材料的研究进展,并对其可能的发展进行了预测。
关于碳纳米管的研究报告进展综述
关于碳纳米管的研究进展1、前言1985年9月，Curl、Smally和Kroto发现了一个由个60个碳原子组成的完美对称的足球状分子，称作为富勒烯。
这个新分子是碳家族除石墨和金刚石外的新成员,它的发现刷新了人们对这一最熟悉元素的认识,并宣告一种新的化学和全新的“大碳结构”概念诞生了。
之后,人们相继发现并分离出C70、C76、C78、C84等。
1991年日本的Iijima教授用真空电弧蒸发石墨电极时,首次在高分辨透射电子显微镜下发现了具有纳米尺寸的碳的多层管状物—碳纳米管。
年,日本公司的科学家和匆通过改进电弧放电方法,成功的制备了克量级的碳纳米管。
1993年，通过在电弧放电中加入过渡金属催化剂,NEC和IBM研究小组同时成功地合成了单壁碳纳米管；同年，Yacaman等以乙炔为碳源，用铁作催化剂首次针对性的由化学气相沉积法成功地合成了多壁碳纳米管。
1996年,我国科学家实现了碳纳米管的大面积定向生长。
1998年,科研人员利用碳纳米管作电子管阴极同年,科学家使用碳纳米管制作室温工作的场效应晶体管;中国科学院金属研究所成会明研究小组采用催化热解碳氢化合物的方法得到了较高产率的单壁碳纳米管和由多根单壁碳纳米管形成的阵列以及由该阵列形成的数厘米长的条带。
1999年,国的一个研究小组制成了碳纳米管阴极彩色显示器样管。
2000年,日本科学家制成了高亮度的碳纳米管场发射显示器样管。
2001年,Schlitter等用热解有纳米图形的前驱体,通过自组装合成了单壁碳纳米管单晶,表明已经可以在微米级制得整体材料的单壁碳纳米管,并为宏量制备指出了方向。
2、碳纳米管的制备方法获得大批量、管径均匀和高纯度的碳纳米管,是研究其性能及应用的基础。
而大批量、低成本的合成工艺是碳纳米管实现工业化应用的保证。
因此对碳纳米管制备工艺的研究具有重要的意义。
目前,常用的制备碳纳米管的方法包括石墨电弧法、化学气相沉积法和激光蒸发法。
一般来说,石墨电弧法和激光蒸发法制备的碳纳米管纯度和晶化程度都较高,但产量较低。
碳纳米管的力学性能研究
碳纳米管的力学性能研究碳纳米管是石墨烯卷曲而成的空心圆柱体，具有许多优异的力学性能，因此在纳米科技领域备受关注。
本文将就碳纳米管的力学性能进行研究和讨论。
第一部分：碳纳米管的力学性质1. 碳纳米管的弯曲强度：研究表明，碳纳米管的弯曲强度非常高，可以承受较大的外力而不易断裂。
这得益于其高度结晶的晶格结构以及碳原子之间的强键结合。
2. 碳纳米管的拉伸强度：碳纳米管的拉伸强度也是其重要的力学性能之一。
实验研究发现，碳纳米管的拉伸强度可以达到数百至数千GPa，高于大多数其他材料的强度值。
3. 碳纳米管的弹性模量：碳纳米管的弹性模量决定了其在变形时的回复能力。
理论计算表明，碳纳米管的弹性模量可以超过1 TPa，远高于传统材料如钢铁和铝。
第二部分：碳纳米管的应用1. 碳纳米管在纳米机械领域的应用：碳纳米管的优异力学性能使其成为纳米机械领域中的理想候选材料。
例如，在纳米机器人的制造中，碳纳米管可以用作结构支撑，以确保纳米机器人的强度和稳定性。
2. 碳纳米管在强化复合材料中的应用：由于碳纳米管具有优异的强度和刚度，它可以用来增强传统的复合材料，如玻璃纤维和聚合物基复合材料。
这样的复合材料在航空航天和汽车制造等领域有广泛的应用。
3. 碳纳米管在生物医学领域的应用：碳纳米管还可以用于生物医学领域。
其高度结晶的结构和生物相容性使其成为药物传输和组织工程等方面的理想材料。
第三部分：碳纳米管的挑战和未来发展1. 残余应力：在制备碳纳米管过程中，由于温度和压力的影响，碳纳米管内部常常存在残余应力。
这种残余应力可能导致碳纳米管的力学性能下降，因此需要进一步研究和解决。
2. 大规模制备：目前，碳纳米管的大规模制备仍然面临挑战。
高成本和制备工艺的复杂性限制了碳纳米管的广泛应用。
随着技术的进步和研究的深入，相信碳纳米管在未来的应用领域中将会有更大的突破和发展。
我们可以期待碳纳米管的力学性能研究为纳米科技和材料科学领域带来更多的创新和应用。
复合材料力学论文
纤维增强复合材料力学性能研究现状文献综述鹏中北大学理学院工程力学学科部030051中国摘要：纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastic,简称FRP)是由增强纤维材料,如玻璃纤维,碳纤维,芳纶纤维等,与基体材料经过缠绕,模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料。
根据增强材料的不同,常见的纤维增强复合材料分为玻璃纤维增强复合材料(GFRP),碳纤维增强复合材料(CFRP)以与芳纶纤维增强复合材料(AFRP)。
由于纤维增强复合材料的材料特性，因此它越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以与地下结构等领域中。
本文将综述近年来国外的学者对它的力学性能的研究现状。
关键词：纤维增强；复合材料；力学性能；材料特性；应用Composite Research Status literature review of fiber reinforced mechanical properties of materialsCUI PengCollege of Engineering Department of Mechanical Discipline North University ofChinaTaiyuan, China 030051Abstract:Fiber-reinforced composite material (Fiber Reinforced Plastic, referred FRP) is a reinforcing fiber material, such as glass fiber, carbon fiber, aramid fiber, and composite matrix material after winding, pultrusion molded or formed by molding process. Depending on the reinforcing material, a common fiber-reinforced composite material into glass fiber reinforced Plastic (GFRP), carbon fiber reinforced Plastic (CFRP) and aramid fiber reinforced Plastic (AFRP). Since the material properties of the fiber-reinforced composite materials, so it is increasingly widely used in various areas of civil construction, bridges, highways, marine, hydraulic structures and underground structures like. This paper will present research scholars at home and abroad in recent years, its mechanical properties. Keywords:Fiber reinforced； Composites；Mechanical Properties；Material properties；application1.引言复合材料是将两种或两种以上不同品质的材料通过专门的成型工艺和制造方法复合而成的一种高性能新材料，按使用要求可分为结构复合材料和功能复合材料到目前为止，主要的发展方向是结构复合材料，但现在也正在发展集结构和功能一体化的复合材料。
碳纳米管改性氰酸酯树脂／碳纤维复合材料研究
测试结果为 １ ０根有效试样 的平均值 ；
Ｄ ＭＡ试 样 尺寸 为 ３ ｍ ×１ ５ｍ ０ ｍｍ× ｍ， ２ ｍ 采用
双臂梁弯曲模式 ， 测试频率为 １ ｚ 以５ ｍ ｎ的升 ， ℃／ ｉ Ｈ 温速 度从 室温 扫 描至 ３ ０ ； ５℃
将复 合材 料试 样层 间 剪 切 断 口 喷 金 处 理 用
教 育 部 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 项 目 （０５ ２０
０ ９０ ４） 西北工业大学创新种子基金项 目（ ２０ ７ ６９３ 、 Ｚ０ ６ ０） 收稿 １ ：０ ７０ —０ ３期 ２ ０ — １１
维普资讯
卢婷 利 ， ： 等 碳纳米 管改性 氰酸酯 树脂／ 碳纤维 复合材料研究
１ ５
碳 纳 米 管 改 性 氰 酸 酯 树 脂／ 纤 维 复合 材 料 研 究 术 碳
卢婷 利 杨 莉 蓉 何 少 波
７０７ ） １０ ２ （ 西北 工业 大学生命科学院 ， 西安
司。
模量高及尺寸稳定性好等特点 ， 特别适合 于用作航 空航天用结构材料 ＩＪ ６。但 由于 ｃ Ｅ的较高脆性及 Ｃ Ｆ表面的高惰性 ， 导致复合材料的界面粘结性能较 差， 影响高模量 Ｃ ／ Ｆ复合材料作为航空航天结构 ＥＣ
材料 应用 ， 因此需要 对 其进行 层 间增 强 。如 果 对 Ｃ Ｆ 布 的表 面进行 处理 ， 其会造 成 一定 的损 伤 ， 对 而且 工
耐热（ 湿热 ） 、 寸 稳 定 性 及 优 良 的加 工 性 能 ¨ 性 尺 ， 在 宇 航 、 车 、 子 等 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前 汽 电 景 －］ Ｅ 碳 纤维 （ Ｆ 复合 材料 具有 比强 度 和 比 ３。Ｃ ／ Ｃ）
树脂基复合材料研究进展
先进树脂基复合材料研究进展摘要：本文介绍了颗粒增强、无机盐晶须增强、光固化等类型的树脂基复合材料，亦指出热固性、环氧树脂基复合材料，并简述了制备方法和新技术的应用。
关键词：树脂基复合材料，颗粒增强，无机盐晶须增强，光固化，制备方法，新技术ADVANCE THE RESEARCH OF POLYMER MATRIX COMPOSITESABSTRACT: The particulate reinforced、inorganic salt whisker, light-cured of resin matrix composites were introduced in this paper,the thermosetting and thermoplastic resin matrix composites was also show in the paper.This paper also discussed the application of new preparation method and technology.Keywords: resin matrix composites,particulate reinforced,inorganic salt whisker, light-cured,preparation method,new technology先进树脂基复合材料是以有机高分子材料为基体、高性能连续纤维为增强材料、通过复合工艺制备而成，并具有明显优于原组分性能的一类新型材料。
目前航空航天领域广泛应用的先进树脂基复合材料主要包括高性能连续纤维增强环氧、双马和聚酞亚胺基复合材料[1]。
树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、力学性能可设计性强等一系列优点，是轻质高效结构设计最理想的材料[2]。
用复合材料设计的航空结构可实现20％一30％的结构减重；复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性，能提高飞机结构的使用寿命，降低飞机结构的全寿命成本；复合材料结构有利于整体设计和制造，可在提高飞机结构效率和可靠性的同时，采用低成本整体制造工艺降低制造成本。
利用纳米材料增强的纤维增强复合材料的力学性能研究
利用纳米材料增强的纤维增强复合材料的力学性能研究近年来，纤维增强复合材料在航空航天、汽车工业等领域得到了广泛应用。
然而，与传统复合材料相比，这些材料的力学性能仍然存在一定的局限性。
为了克服这些限制，研究人员们开始探索利用纳米材料来增强纤维增强复合材料的力学性能。
纳米材料具有独特的物理和化学性质，具有较高的比表面积和比强度，使其可以显著提高纤维增强复合材料的机械性能。
一种常见的纳米材料是碳纳米管（CNTs）。
CNTs是由碳原子形成的管状结构，具有优异的力学强度和热导性能。
通过将CNTs添加到纤维增强复合材料中，可以有效增强材料的抗拉强度和刚度。
研究表明，CNTs与复合材料中的纤维之间的力学耦合效应是增强效果的关键。
在材料制备过程中，需要确保CNTs与纤维充分接触，并且在复合材料中均匀分散。
通过合理的掺杂比例和加工方法，可以提高CNTs与纤维之间的粘结强度，从而进一步增强纤维增强复合材料的力学性能。
此外，研究人员还发现其他纳米材料也可以用于增强纤维增强复合材料的力学性能。
例如，纳米颗粒（例如纳米氧化铝、纳米银等），可以用于增加复合材料的硬度和耐磨性。
纳米纤维（例如纳米纤维素、纳米蛋白质等），可以用于改善复合材料的抗击穿能力和能量吸收性能。
通过将这些纳米材料与纤维增强复合材料结合，可以实现性能的综合提高。
然而，在纳米材料增强的纤维增强复合材料中，也存在一些挑战。
首先，纳米材料的制备和加工相对复杂，需要严格控制处理参数和工艺条件。
其次，纳米材料的价格相对较高，会增加复合材料的制造成本。
此外，纳米材料与复合材料的界面相互作用复杂，需要进一步研究和优化。
克服这些挑战，提高纳米材料增强纤维增强复合材料的可靠性和实用性是未来的发展方向。
总体而言，纳米材料增强的纤维增强复合材料具有巨大的发展潜力。
通过合理设计和制备纳米材料加强体系，可以显著提高复合材料的力学性能。
在未来的研究中，我们应该进一步深入探索纳米材料与纤维增强复合材料之间的相互作用机制，并加强对制备工艺和性能评估方法的研究，以实现纳米材料增强的纤维增强复合材料的工业化应用。
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・
８ ８・
材料 导报 Ａ： 综述篇
２ ０ １ ３年 １ ２月（ 上） 第２ ７ 卷第 １ ２期
碳 纳 米 管修 饰碳 纤 维增 强树 脂 基 复合 材料 力 学性 能研 究进 展
焦 珑， 康卫 民， 程博 闻
（ 天 津 工业 大 学 纺织 学部 ， 天津 ３ ０ ０ ３ ８ ７ ）
０ 引 言
碳 纤 维 增 强 复 合 材 料 是 目前 最 先 进 的复 合 材 料 之 一 。 它 以质轻 高强 、 耐高温、 抗 蠕 变 等优 良的 性 能而 被 广 泛 应 用 在航 空航 天 、 军事 器械等 高科 技 领 域＿ １ ］ 。 目前先 进 的碳 纤 维
响要大 得多 。由此可 见 ， 消除碳 纤维 的结 构 缺 陷是 提高 其 拉 伸强度 的前 提Ｉ ５ ］ 。又 因为 碳 纤维 特 殊 的 制 备工 艺 ， 使 得其 表 面惰 性大 ， 表 面能低 ， 缺乏 化学 活性 的 官能 团 ， 与 基体 的粘 结 性差 ， 也 直接影 响 了碳 纤维 复合材料 力学 性能 的提高 。 碳 纳米 管 自 １ ９ ９ １ 年 被 日本 电镜 学家 Ｉ ｉ ｊ ｉ ｍａ Ｅ 在 用 电 弧 法制备 Ｃ 。 的过程 中首 次 发 现后 ， 由于其 独 特 的结 构 及 优 良 的力学 、 电学和化 学性 能 ， 受 到 了科学 家ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｍｏ ｄ ｉ ｆ ｉ ｅ ｄ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｃ Ｎ Ｔｓ ／ Ｃ Ｆ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｒ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｃ Ｎ Ｔｓ ／ Ｃ Ｆ ｒ ｅ ｓ ｉ ｎ － ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｉ ｎ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ，
摘要
碳纳米管 以其稳定的结构、 优异 的力 学性能 ， 成 为复合材料 的理想增强相 。详细介绍 了碳 纳米管／ 碳 纤
维功能增强体的制备方法及其在增强树 脂基 复合 材料 力学性能方 面的研 究进展 ， 并评述 了碳纳 米管／ 碳 纤维增强树 脂基复合材料存在的相应 问题 ， 为提 高碳纤维树脂基复合材料力学性能的研 究提供 了参考 。
ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ａ ｒ ｅ ａ ａ ｒ ｅ ａ ｌ ｓ ｏ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ｔ ｏ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｏ ｍｅ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ
际新材 料领 域 的研 究前 沿 和热 点 。碳 纳 米 管 的拉 伸 强 度 为 ３ ０ ＧＰ ａ ， 抗 拉模量 高达 １ ２ ８ ０ ＧＰ ａ ， 是 一 种很 好 的纳 米增 强 材 料＿ ８ ］ 。用 纳米级 的碳纳 米管作 为 增强 材 料 ， 以微米 级 的碳 纤
及其复合材料生产技术主要掌握在 日本 、 美 国等少数国家的
Ａｂ ｓ ｔ 瑚Ｉ ｃ ｔ Ｗｉ ｔ ｈ ｓ ｕ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｒ ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ，ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｎ ａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ ｓ（ ＣＮＴｓ ）ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ａ