碳纳米管改性连续碳纤维/环氧树脂复合材料的阻尼性能研究

作     者：崔启超 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：肖会刚

授予年度：2011年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：碳纳米管 多尺度纤维复合材料 碳纳米管取向 强度 阻尼 

摘      要：碳纳米管改性连续碳纤维环氧树脂复合材料（CNT-CFRP）因其潜在的优异阻尼和力学性能而可以作为自减振的结构材料在土木工程领域具有广阔应用前景,尤其适合于制作桥梁拉索提高其抗振和耐腐蚀等能力。基于此,本文以桥梁拉索为应用背景,对此种多尺度纤维复合材料的力学和阻尼性能展开理论结合实验的系统研究,揭示阻尼性能机理及影响因素,并发展基于性能的优化方法和制备工艺,具有重要的理论意义和使用价值。主要内容如下: 1)基于细观力学,考虑碳纳米管-基体脱粘摩擦耗能、碳纳米管端部基体的应变集中非线性阻尼和树脂基体耗能三部分耗能机理,建立了碳纳米管纤维复合材料阻尼模型。分析了碳纳米管掺量、长径比、取向度等材料参数和振动幅值、频率等激励参数对其阻尼性能的影响特性,提出了基于性能的优化方法。 2)制备了不同种类、不同掺量的碳纳米管增强环氧树脂。通过材料性能实验机（MTS）测试了其强度、模量和伸长率,得到了碳纳米管种类和掺量对上述力学性能的影响特性。通过动力热分析仪（DMA）测试了上述碳纳米管增强树脂在不同预加应变下的损耗因子,同时得到了其玻璃化温度。结合扫描电镜微观结构观测,利用模型对阻尼特性进行了分析。 3)将碳纳米管增强环氧树脂与连续纤维一起制备了多尺度纤维复合材料,采用相同的力学性能和阻尼性能测试方法进行了相应表征,分析了碳纳米管对多尺度纤维复合材料力学和阻尼性能的影响特性,并和碳纳米管增强树脂的性能进行对比,分析了其不同力学和阻尼行为的原因。 4)通过外加磁场对碳纳米管进行成型过程的取向分布,由磁场处理碳纳米管增强树脂的电阻各向异性验证了磁致碳纳米管取向的可行性。并对不同取向度（外加磁场强度）的碳纳米管增强树脂及其多尺度纤维复合材料进行力学和阻尼性能研究,验证了阻尼模型,发展了基于性能指标的制备优化方法。