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ATS干貨分享丨高壓均質(zhì)分散技術(shù)助力CNT復合材料性能升級

ATS 2024-09-04 | 閱讀：1316

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(yōu)異的耐腐蝕性,、可設計性強、可一體化成型等優(yōu)點,，在航空航天,、汽車、海軍,、武器和民用基礎設施等領(lǐng)域具有廣泛應用,。但CFRP在實際應用過程中的會出現(xiàn)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(yōu)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(lián)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(qū)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(jié)構(gòu)上制備CNT/CFRP,，但是 CNT 容易在炭纖維表面纏結(jié),，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(guī)模生產(chǎn)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?qū)NT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(xiàn)CNT的均勻分散是一個亟需解決的難題。

高壓均質(zhì)分散CNT

通過高壓均質(zhì)機對CNT進行預處理,，可以打開CNT管束間的纏繞,，提高CNT在環(huán)氧樹脂中的分散性與穩(wěn)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

使用設備：ATS AH-BASIC 2

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

CNT改性樹脂光學顯微鏡圖

左未分散，右分散后

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(jié)構(gòu)緊密,，基本看不到透過的光線，CNT分布不均勻,。高壓均質(zhì)機分散后的CNT在樹脂中均勻分布且無明顯的團聚現(xiàn)象。

CNT/CFRP微觀樣貌

使用高壓均質(zhì)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(zhì)

安拓思納米技術(shù)（蘇州）有限公司成立于2001年,，隸屬于上海多寧集團,，深耕行業(yè)二十多年,，是一家專業(yè)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(shù)研發(fā),、生產(chǎn),、銷售于一體的高新技術(shù)企業(yè),。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。