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

ATS 2024-09-04 | 閱讀：1132

CNT/CFRP簡(jiǎn)介

炭纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(Carbon fiber rein forced resin matrix composites, CFRP)具有高比強(qiáng)度高比剛度、優(yōu)異的耐腐蝕性、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、可一體化成型等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車、海軍、武器和民用基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。但CFRP在實(shí)際應(yīng)用過程中的會(huì)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(yán)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(xué)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(qiáng)CFRP，是改善CFRP機(jī)械性能的理想增強(qiáng)體。

CNT/CFRP制備方法

由于CNT管間存在較強(qiáng)的范德華力，管與管之間容易相互纏繞在基體中形成團(tuán)聚，受力時(shí)形成應(yīng)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(xué)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(rùn)和材料整體的性能，另外涉及的工藝、設(shè)備要求較高，目前還無法投入大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用

2.通過物理方法如機(jī)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(shí)驗(yàn)表明，加入溶劑或?qū)NT進(jìn)行功能化處理的方法可以降低基體的黏度、改善CNT分散時(shí)的團(tuán)聚問題，但是有機(jī)溶劑不易回收，微量的溶劑殘留會(huì)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(shí)現(xiàn)CNT的均勻分散是一個(gè)亟需解決的難題。

高壓均質(zhì)分散CNT

通過高壓均質(zhì)機(jī)對(duì)CNT進(jìn)行預(yù)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(qiáng)度也有所提升。

CNT分散前后外觀對(duì)比

使用設(shè)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(jī)分散處理后，相同質(zhì)量下CNT體積明顯變大且網(wǎng)絡(luò)疏松，管間團(tuán)聚現(xiàn)象得到了明顯地改善。

CNT改性樹脂光學(xué)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(tuán)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(jī)分散后的CNT在樹脂中均勻分布且無明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

CNT/CFRP微觀樣貌

使用高壓均質(zhì)機(jī)分散后的CNT改性樹脂制備的 CNT/CFRP ，CNT有效地增強(qiáng)了復(fù)合材料的層間性能，當(dāng)CNT含量為1.00%時(shí)，復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度達(dá)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(tuán)，深耕行業(yè)二十多年，是一家專業(yè)從事精細(xì)化工、新能源材料等納米制備設(shè)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。