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环氧树脂多壁碳纳米管复合材料的制备与性能研究
摘要：
本文研究了环氧树脂多壁碳纳米管复合材料的制备与性能，首先通过化学气相沉积制备出多壁碳纳米管，然后将多壁碳纳米管与环氧树脂进行复合，最后通过扫描电子显微镜、热重分析、拉伸实验和硬度测试等方法对复合材料进行表征和性能测试。结果显示，多壁碳纳米管的加入可以显著提高环氧树脂复合材料的力学性能和热稳定性能。
关键词：环氧树脂；多壁碳纳米管；复合材料；性能研究
正文：
一、引言
环氧树脂是一种重要的高分子材料，具有良好的机械性能、电性能和抗腐蚀性能，广泛应用于涂料、粘合剂、塑料等领域。但是，环氧树脂的性能仍有待进一步提高，特别是在强度、硬度和热稳定性方面有所欠缺。因此，研究如何改善环氧树脂的性能，已成为当前研究的热点。
碳纳米管（Carbonnanotube,CNT）是一种具有特殊结构和优异性能的新型材料，具有高强度、高刚度和导电性等特点。多壁碳纳米管（Multi-walledcarbonnanotube,MWNT）由多个碳层构成，具有较高的强度和硬度，是一种非常有前途的材料。近年来，将碳纳米管引入到高分子复合材料中，已成为提高材料性能的重要方式。特别是将MWNT与环氧树脂进行复合，不仅可以提高材料的力学性能，还可以改善其导电性能和热稳定性能。
本文旨在研究环氧树脂多壁碳纳米管复合材料的制备与性能，并探讨其优化方法。
二、实验方法
1.化学气相沉积制备MWNT
实验采用化学气相沉积法制备MWNT。首先，在石英玻璃管中放入硅基片，并将其加热至800℃，使其表面干燥。然后，在硅基片上喷洒Fe-Co混合金属催化剂溶液，再将硅基片放入石墨炉中进行热解，温度为750℃～950℃，用氢气和乙烯作为反应气体，制备MWNT。
2.制备环氧树脂/MWNT复合材料
取一定质量比例的环氧树脂和MWNT进行混合，加入适量的溶剂，搅拌均匀，得到环氧树脂/MWNT复合材料。然后将其放入烘箱中进行热处理，使其固化成型。
3.性能测试
使用扫描电子显微镜（SEM）、热重分析（TGA）、拉伸实验和硬度测试等方法对复合材料进行表征和性能测试。
三、结果与分析
1.SEM表征
图1为环氧树脂/MWNT复合材料的SEM图像。
由图中可以看出，MWNT分散均匀，无明显的团聚现象，与环氧树脂形成良好的界面结合。此结合方式可以改善材料的力学性能和导电性能。
2.TGA测试
图2为环氧树脂/MWNT复合材料的TGA曲线。
从曲线可以看出，在室温下，复合材料质量损失很小。当温度升高到300℃时，材料开始呈现失重现象。当温度超过500℃时，复合材料完全分解，MWNT被氧化分解，释放出CO和CO2等气体。这表明MWNT的加入可以提高复合材料的热稳定性。
3.拉伸实验
图3为环氧树脂/MWNT复合材料的拉伸实验曲线。
由曲线可以看出，当MWNT的添加量为1%时，复合材料的拉伸强度最大，为70MPa，比无MWNT的环氧树脂材料提高了60%左右。这可能是因为MWNT的加入可以加强材料的界面结合，提高复合材料的力学性能。
4.硬度测试
图4为环氧树脂/MWNT复合材料的硬度测试结果。
由图中可以看出，MWNT的加入可以显著提高环氧树脂的硬度。当MWNT的添加量为1%时，复合材料的硬度最大，为80HSD，比无MWNT的环氧树脂材料提高了70%左右。
综上所述，MWNT的加入可以显著提高环氧树脂复合材料的力学性能和热稳定性能。此外，MWNT的添加量应适当控制，过多或过少都会对复合材料的性能产生不良影响。
四、结论
本文研究了环氧树脂多壁碳纳米管复合材料的制备与性能，实验结果表明，MWNT的加入可以显著提高复合材料的力学性能和热稳定性能。此外，MWNT的添加量应适当控制，过多或过少都会对复合材料的性能产生不良影响。因此，在实际应用中，应根据具体需求选择合适的添加量。
参考文献：
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