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纖維涂層和幾何體對(duì)混合碳納米管性能的影響

分層次結(jié)構(gòu)的混合復(fù)合材料是理想的工程材料，由于其具有較好的力學(xué)性能，因此其可以用來(lái)承載負(fù)荷和機(jī)械應(yīng)力。采用使碳納米管（CNT）在高性能碳纖維（CF）的表面生長(zhǎng)的方法使復(fù)合材料的纖維樹脂界面具有更好的力學(xué)性能。CNT在CF表面的生長(zhǎng)是通過(guò)浮動(dòng)催化劑化學(xué)氣相沉積（CVD）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。合成纖維的力學(xué)性能、CNT的密度和對(duì)齊形態(tài)，被證明均取決于CNT的生長(zhǎng)溫度、生長(zhǎng)時(shí)間、載氣流量、催化劑含量和CVD腔內(nèi)大氣狀況。制造了涂有碳纖維增強(qiáng)聚丙烯（CNTCF/PP）復(fù)合材料的碳納米管，并對(duì)這種碳納米管的特點(diǎn)進(jìn)行了分析。結(jié)合哈爾平方程、Voigt-Reuss模型、混合規(guī)則和Krenchel方法，分層次地應(yīng)用于預(yù)測(cè)隨機(jī)取向的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。利用掃描電子顯微鏡（SEM）和圖像處理軟件，分析了復(fù)合斷裂表面上的纖維取向分布。對(duì)預(yù)測(cè)和試驗(yàn)值之間的差異進(jìn)行了分析。

試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)滿足合適的CNT生長(zhǎng)環(huán)境時(shí)，CVD方法能夠使CNT在CF表面上生長(zhǎng)。在CVD溫度為700℃，反應(yīng)時(shí)間30min時(shí)，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(yīng)條件下,涂有CNT的CF可以顯著提高CNT-CF/PP復(fù)合材料的拉伸性能。使用制作的隨機(jī)取向的短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樣本做拉伸測(cè)試。與平滑的CF/PP復(fù)合材料相比，CNT-CF/PP復(fù)合材料楊氏模量增加大約104％，抗拉強(qiáng)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