Study on compressive strength and thermal conductivity of interlayer reinforced and stiffened CFRP composites with CNT films
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摘要: 近年来结构功能一体化碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)受到广泛关注，而高强、高模和高导热的碳纳米管膜的层间增强增刚技术为此提供了新思路。本文基于原始的碳纳米管膜(P-CNTF)，采用湿拉伸法和环氧化反应制备了取向、环氧化和取向-环氧化碳纳米管膜(S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF)，分别用于层间增强增刚CFRP (分别记作CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF)，分析了碳纳米管膜的物化特性和拉伸性能，并结合Jumahat的联合预测模型和实验验证研究了碳纳米管膜对CFRP的纵向压缩强度和失效机制的影响，同时探讨了CFRP的面内导热性能及其导热机制。结果表明：相较P-CNTF，S-E-CNTF膜内碳管呈现高度取向的集束状态，表面化学活性明显增强，使其拉伸强度和模量分别提高到116 MPa和6.3 GPa。对比于CFRP，CFRP/S-E-CNTF的面内剪切模量和层间剪切强度分别提高了28.3%和34.2%，表明S-E-CNTF能有效增强CFRP抵抗剪切变形和裂纹扩展的能力；模型预测表明CFRP/S-E-CNTF的理论弹性压缩应力和塑性压缩应力分别提高了30.7%和32.3%，并且与实验结果吻合较好；同时基于S-E-CNTF在CFRP层间区域构建的三维导热网络，CFRP/S-E-CNTF的面内导热系数提高到了7.8 W/(m·K)。Abstract: In recent years, the structure-function integrated carbon fiber reinforced plastic (CFRP) composites have attracted extensive attention, and the interlayer reinforcing and stiffening based on carbon nanotube (CNT) films with high strength, high modulus and high thermal conductivity provided an innovative idea. In this paper, the stretched CNT films (S-CNTF), epoxided CNT films (E-CNTF) and stretched-epoxided CNT films (S-E-CNTF) were prepared by wet stretching and epoxidation reaction based on pristine CNT films (P-CNTF), and used for interlayer reinforcing and stiffening CFRP composites (CFRP/S-CNTF, CFRP/E-CNTF and CFRP/S-E-CNTF), respectively. The physicochemical characteristics and tensile properties of CNT films were analyzed, and the effects of S-E-CNTF on longitudinal compressive strength and failure mechanism of composites were studied by combining Jumahat's combined model and experimental verification. Meanwhile, the in-plane thermal conductivity and corresponding mechanism of composites were discussed. In contrast with P-CNTF, the CNTs in S-E-CNTF present highly oriented bunching morphology and the surface chemical activity of S-E-CNTF is observably improved, so that the tensile strength and modulus of S-E-CNTF are enhanced to 116 MPa and 6.3 GPa, respectively. In comparison with CFRP, the in-plane shear modulus and interlaminar shear strength of CFRP/S-E-CNTF are increased by 28.3% and 34.2%, respectively, implying that the S-E-CNTF can effectively inhibit delamination and enhance resistance of shear deformation of CFRP. The model prediction also shows that the theoretically elastic and plastic compressive stress of CFRP/S-E-CNTF are increased by 30.7% and 32.3%, respectively, which is in accord with experimental values. Meanwhile, based on the three-dimensional thermal conductivity network constructed by S-E-CNTF in the interlaminar region of CFRP, the in-plane thermal conductivity of CFRP/S-E-CNTF is improved to 7.8 W/(m·K).
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果蔬、食品、乳酸菌、血液、疫苗等对环境温度敏感的物质，采用冷链物流耗能较大，而利用材料在相变过程中储存或释放能量调节周围环境的温度，可以改进并解决其保质运输与储存的问题。相变储能材料(PCMs)储能密度大、相变温度稳定、装置简单、设备灵活，能快速解决能源在时间及空间上不匹配的矛盾[1-2]，在军工、航天、纺织、制冷设备、食品及农产品等领域有广泛的工程应用价值[3-9]。在冷链物流包装中，大多数果品贮藏温度为0~8℃，且具有相变温度稳定性好、相变潜热高等优点。相变储能材料按照材料类别可以分为无机相变储能材料、有机相变储能材料及共晶相变储能材料[10-11]。无机相变材料具有较高导热性和相变潜热，主要应用于中高温材料系统[12]，但是普遍存在严重的过冷和相分离现象[13]。有机相变储能材料基本没有过冷度及相分离现象、化学性能稳定且成本低，但是储能密度相对较低，主要应用于中低温材料系统[14-15]。共晶相变储能材料是由两种或两种以上的成分组成的低共熔物，在一定程度上克服了有机相变储能材料与无机相储能材料的局限性，但在导热性能、循环稳定性和储热性能方面仍需改善[10]。
目前常用的有机相变储能材料主要包括石蜡、酯、脂肪酸、醇和烷烃等，固体成型性好、不易燃、不易发生过冷和相分离现象[16-18]。脂肪酸的过冷度小，有可逆的融化和凝固性能，是性能良好的有机相变储能材料。月桂酸、正癸酸、棕榈酸、肉豆蔻酸及它们的共混物是应用比较多的相变材料[19-22]。石蜡是一种固-液相变材料，具有相变潜热高、无过冷和相分离、熔点低、化学性质稳定、价格低廉等优点，通常用来改善正十二烷、正十四烷等烷烃的导热性能或熔点[23-24]。在0℃左右的有机相变储能材料中，正癸醇结构简单、相变潜热较高、性质稳定，是一种适合的相变材料，通常将其与其他材料复配得到可调节相变温度的材料[17]。
由于单一有机相变储能材料存在相变温度不可调、相变潜热较低等缺点，无法满足冷链物流用相变储能材料熔点为0~8℃、相变潜热高的要求，且部分有机相变储能材料价格昂贵，无法在生产生活中大量应用。因此，本文选用正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸及十四烷，通过物理共混法制备正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇、月桂酸-十四烷三种二元有机复配物，并针对二元有机复配物在相变过程中的泄漏问题利用凝胶对其进行吸附以期获得适用于果品保质包装与物流技术的有机相变储能材料。
1. 实验部分
1.1 原材料
正癸酸，99%，分析纯；正癸醇，98%；月桂酸，99%，优级纯；十四烷，98%；月桂酸甲酯，99%；N-异丙基丙烯酰胺，98%；N,N'-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，99%；过硫酸铵，≥98%，分析纯；四甲基乙二胺，99%；聚乙二醇1000；聚乙二醇4000，化学纯；聚乙二醇8000，分析纯；聚乙二醇10000，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。聚乙二醇200，化学纯，北京国药集团化学试剂有限公司。
1.2 样品制备
1.2.1 凝胶的制备方法
利用在氧化还原体系下引发单体进行原位自由基聚合的方法制备凝胶。首先，选择1 mol/L的N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)作为单体，MBA为交联剂，为单体总质量的0.5%，聚乙二醇1000(PEG1000)为致孔剂，为单体总质量的40%，将NIPAM、MBA、PEG1000共同溶解于去离子水中。其次，在过硫酸铵(APS)和四甲基乙二胺(TEMED)氧化还原体系中保持20℃引发聚合反应24 h，形成以PEG1000作致孔剂的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶，凝胶的命名规则为PNIPAM-y%PEGx，x代表聚乙二醇的分子量，y代表聚乙二醇占NIPAM质量的百分比(表1)。例如，PNIPAM-40%PEG1000为以PEG1000作为致孔剂的PNIPAM凝胶，且致孔剂含量为NIPAM质量的40%。制备过程如图1所示。APS广泛应用于水相自由基聚合，TEMED作为促进剂用于加快聚合反应的进行。第三步，将制备好的凝胶在去离子水中浸泡三天，每6 h换一次去离子水，以去除多余的单体及不参与反应的PEG1000，将浸泡处理之后的PNIPAM取出并放置于−25℃的冰箱中冷冻24 h，随后将冷冻好的PNIPAM凝胶放进冷冻干燥机(LGJ-10C 型，江苏金坛市环宇科学仪器厂)冷冻干燥72 h，冷肼温度为−55~−50℃，真空度为0.5~50 Pa。
表 1 聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)-聚乙二醇(PEG)凝胶的命名Table 1. Naming of poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM)-polyethylene glycol (PEG) gelSample Mass ratio of PEG∶NIPAM/% Molecular weight of PEG PNIPAM-y%PEGx y x Note: NIPAM—N-isopropylacrylamide. ![]()
图 1 PNIPAM-40%PEG1000凝胶制备过程Figure 1. PNIPAM-40%PEG1000 gel preparation processPEG1000—Polyethylene glycol 1000; APS—Ammonium peroxodisulphate; TEMED—Tetramethylethylenediamine1.2.2 二元有机复配物的制备方法
依据混合物凝固点下降原理，利用两种单一物质的物理共混加热法制备二元有机复配物，均匀的二元有机复配物体系的FTIR图谱如图2所示。首先，称取一定摩尔比的正癸酸、月桂酸甲酯于透明玻璃瓶中，将其置于60℃的恒温水浴锅中融化10 min，正癸酸融化完全。其次，用旋涡震荡仪(XW-80A型，佛山予华仪器科技有限公司)混合10 min，再用超声波震荡仪将混合物震荡2 min，正癸酸与月桂酸甲酯充分混合，得到正癸酸-月桂酸甲酯二元有机复配物体系，二元有机复配物体系没有分离现象，正癸酸-正癸醇及月桂酸-十四烷二元有机复配物体系采用相同的方法制备。
1.2.3 相变材料的制备方法
NIPAM的分子链上同时具有亲水性的酰胺基团和亲油性的异丙基团。当NIPAM通过自由基聚合形成PNIPAM-40%PEG1000凝胶，具有大分子网状结构，凝胶在液体中可显著溶胀。将冷冻干燥后的PNIPAM-40%PEG1000凝胶浸泡于二元有机复配物中进行溶胀。PNIPAM-40%PEG1000凝胶在二元有机复配物中的溶胀过程实际上是两种相反趋势的平衡过程，溶剂分子试图渗透到网络内部，使得凝胶体积溶胀从而导致三维分子网络的伸展平衡，交联点之间的分子链的伸展降低了它的构象熵值，分子网络的弹性收缩力使网络收缩。当两种相反的倾向互相抵消时，达到溶胀平衡，凝胶的溶胀程度用溶胀率(Swelling ratio，SR)表示。PNIPAM-40%PEG1000凝胶在三种二元有机复配物中溶胀(水浴60℃)，得到PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯、PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇和PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷三种相变储能材料。
1.3 性能测试与结构表征
1.3.1 傅里叶红外测试
参考GB/T21186—2007[25]“傅里叶变换红外光谱仪”的实验方法，利用傅里叶红外扫描仪(Nicolet 6700型，赛默飞世尔Thermo-fisher科技(中国)有限公司)对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸、十四烷、正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇及月桂酸-十四烷进行红外测试，将单一有机物的图谱与二元有机复配物的图谱进行对照，考察二元有机复配物是否有新的吸收峰生成，判断两种单一有机物的化学相容性。
1.3.2 差示扫描量热分析测试
参考GB/T 19466.3—2004[26]“塑料 差示扫描量热法(DSC)”的实验方法，利用差示扫描量热仪(TGA/DSC1型，梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司(METTLER TOLEDO))对正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸、十四烷、正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇及月桂酸-十四烷进行DSC测试，测定其相变初始温度、相变终止温度及相变潜热。称取10 mg左右的样品放置于铝坩埚中，精确度为0.01 mg，用压样机进行压制，实验参比侧放置了一个标准的空铝坩埚。将温度从30℃降温至−30℃(速度：20℃/min)，再升温至30℃(速度：20℃/min)，这个升降温过程重复进行两次，去除材料的热历史，将物质在30℃恒温保持5 min，再降温至−30℃得到冷冻放热曲线(速度：5℃/min)，然后再升温至30℃得到融化吸热曲线(速度：5℃/min)。月桂酸、正癸酸这两种物质的温度设置为0~80℃。DSC升降温速率是由N2作用控制的，其中N2作为反应气的速率为20 mL/min，N2作为保护气的速率为150 mL/min。月桂酸甲酯、正癸醇、十四烷、正癸酸-月桂酸甲酯及正癸酸-正癸醇的测试温度为−30~30℃，而正癸酸、月桂酸及月桂酸-十四烷的测试温度为−30~50℃。
参考GB/T 14797.3—2008[27]“浓缩天然胶乳 硫化胶乳 溶胀度的测定”的实验方法，对凝胶在二元有机复配物的溶胀性能进行测试。将冷冻干燥好的凝胶称重(万分之一天平，AR224CN型，奥豪斯仪器有限公司)W1
，将其浸入二元有机复配物中，在60℃的水浴环境下充分溶胀24 h，过程中每6 h测量一次凝胶的重量W2 ，并计算凝胶在二元有机复配物中的溶胀率Q： Q=W2−W1W1×100% (1) 其中：Q为凝胶在二元有机复配物中的溶胀率；W1、W2为凝胶溶胀前、后的质量。
2. 二元有机复配物热物性能估算
基于表2所示的正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸和十四烷的热物性数据，利用凝固点下降定律、热力学第二定律和相平衡关系，评估两种或多种物质共混时的相变温度。
表 2 有机物的热物性数据Table 2. Thermophysical data of organic matterSample Phase transition
temperature/℃Latent heats of
phase transition/
(J·g−1)Decanoic acid 31.39 153.72 Methyl laurate 4.74 179.25 1 decanol 6.13 200.31 Lauric acid 44.54 181.14 Tetradecane 5.68 215.85 利用Schroder Van Laar公式从理论上估算二元有机复配物体系的相变温度，即
{T=11TA−lnXARΔHAT=11TB−lnXBRΔHBXA+XB=1 (2) 其中：T为二元有机复配物的最低共熔点温度(K)；XA、XB为组分A、组分B是摩尔分数(%)；TA、TB为组分A、组分B的理论熔点(K)；R为气体常数且取值为8.315 (J·mol−1·K−1))；ΔHA、ΔHB为组分A、组分B的相变焓(J·mol−1)。
对于表2所列的单一有机物的热物性数据，由式(2)分别得到五种物质的Schroder Van Laar公式：
正癸酸-月桂酸甲酯：
{lnXA=10.46−3184.58/TlnXB=16.63−4620.83/TXA+XB=1 (3) 正癸酸-正癸醇：
{lnXA=10.46−3184.58/TlnXB=13.64−3809.57/TXA+XB=1 (4) 月桂酸-十四烷：
{lnXA=13.47−4369.92/TlnXB=18.47−5150.03/TXA+XB=1 (5) 通过MATLAB软件分别计算上述方程组(3)~(5)，获得正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇和月桂酸-十四烷二元复合物体系的理论共熔点及对应的摩尔比，如表3所示。显然，这三种二元有机复配物的理论最低共熔点在−1~4℃的范围内，接近于目标相变温度0~8℃，故可进一步通过实验分析来探究它们的热物性能。
表 3 二元有机复配物最低共熔点Table 3. The lowest common melting point of binary organic compoundSample The lowest common
melting point/℃Molar
ratioDecanoic acid-methyl laurate −0.86 29∶71 Decanoic acid-1 decanol −0.74 29∶71 Lauric acid-tetradecane 3.58 13∶87 3. 实验结果与讨论
3.1 二元有机复配物的热物性能
图2为正癸酸、月桂酸甲酯、正癸醇、月桂酸、十四烷及二元有机复配物(正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇、月桂酸-十四烷)的FTIR图谱，由单一有机材料物理共混加热得到二元有机复配物，其FTIR图谱中并没有新的官能团生成，这说明二元有机复配物各组分之间能够共存，即共混过程不发生化学反应。
图3和图4分别描述了不同二元有机复配物的差示扫描量热曲线及热物性数据，“↑exo”表示放热方向，
T0 、T1 、ΔH分别表示起始温度、终止温度和相变焓。通过对比分析这两幅图，可获得二元有机复配物的热物性能。![]()
图 3 二元有机复配物的差示扫描量热曲线Figure 3. Differential scanning calorimetry curves of binary organic compound![]()
图 4 二元有机复配物的热物性数据Figure 4. Thermophysical data of binary organic compoundT0—Initial temperature; T1—Final temperature; ΔH—Enthalpy of phase change对于正癸酸-月桂酸甲酯二元有机复配物，当组分摩尔比在3∶97~30∶70范围内，月桂酸甲酯能够溶解正癸酸，差示扫描量热曲线光滑且只有一个吸热峰。当组分摩尔比在33∶67~66∶34范围内，月桂酸甲酯饱和，无法溶解过量的正癸酸，在室温下有不溶物质，正癸酸-月桂酸甲酯的差示扫描量热曲线出现第二个吸热峰，如图3(a)、图3(b)和图3(c)所示。当组分摩尔比在3∶97~66∶34范围内，二元有机复配物相变初始温度在1.62~3.48℃的范围内变化，波动比较小，相变潜热处于165.35~193.40 J/g之间。当正癸酸与月桂酸甲酯的摩尔比为30∶70，相变初始温度为1.62℃、相变终止温度为8.15℃、相变焓为193.40 J/g，如图4(a)所示，此时相变潜热最高，性价比最高，相变初始温度和相变终止温度合适，适用于果品保质包装与物流技术。
对于正癸酸-正癸醇二元有机复配物，当组分摩尔比在3∶97~36∶64范围内，正癸醇能够溶解正癸酸，差示扫描量热曲线光滑且只有一个吸热峰。当组分摩尔比在39∶61~66∶64范围内，正癸醇饱和，无法溶解过量的正癸酸，在室温下有不溶物质，正癸酸-正癸醇的差示扫描量热曲线出现第二个吸热峰，如图3(d)和图3(e)所示。当组分摩尔比在3∶97~66∶34范围内，二元有机复配物的相变初始温度在−2~8℃范围内变化，相变潜热处于154.97~198.27 J/g之间。相变初始温度先从4.6℃降低到−2℃，当正癸酸摩尔比达到24%时，相变初始温度开始上升到0℃以上，最后稳定到4℃左右，波动较大。正癸酸-正癸醇二元复配物的相变初始温度范围广、相变潜热较高、规律性较明显。当正癸酸与正癸醇的摩尔比为36∶64，相变初始温度为3.80℃、相变终止温度为11.72℃、相变焓为180.94 J/g，如图4(b)所示，此时相变潜热较高，性价比最高，相变初始温度和相变终止温度合适，亦适用于果品包装。
对于月桂酸-十四烷二元有机复配物，当组分摩尔比在3∶97~21∶79范围内，十四烷能够溶解月桂酸，差示扫描量热曲线光滑且只有一个吸热峰。当组分摩尔比在24∶76~30∶70，十四烷饱和，无法溶解过量的月桂酸，在室温下有不溶物质，月桂酸-十四烷的差示扫描量热曲线出现第二个吸热峰，如图3(f)所示。二元有机复配物的相变初始温度为5~6℃且波动最小，相变潜热为205.80~217.94 J/g。十四烷成本较高，它与月桂酸的复配有利于大幅度降低成本。当月桂酸与十四烷的摩尔比为21∶79，相变初始温度为5.51℃、相变终止温度为26.74℃、相变焓为216.46 J/g，如图4(c)所示，此时相变潜热较高，性价比最高，也适用于果品包装。
3.2 相变储能材料的热物性能
3.2.1 MBA交联剂含量对溶胀程度的影响
PNIPAM凝胶在二元有机复配物的溶胀程度取决于pH值、温度以及凝胶的交联强度等，选用单体浓度分别为0.5 mol/L、1 mol/L、1.5 mol/L和2 mol/L的PNIPAM凝胶进行溶胀，以探究单体浓度对溶胀程度的影响。由于NIPAM浓度为0.5 mol/L的凝胶成胶性弱，无法得到成型性好的凝胶，故无法进行溶胀实验。如图5(a)所示，单体浓度为1 mol/L的PNIPAM凝胶具有最高的溶胀度，在其他条件不变时，单体浓度越小，越有利于凝胶对二元有机复配物的吸附。选用交联剂含量分别为NIPAM质量的0.25%、0.5%、0.75%和1%的PNIPAM凝胶进行溶胀，进一步探究MBA交联剂含量对溶胀程度的影响。图5(b)所示的实验结果表明，交联剂含量为NIPAM质量的0.25%的PNIPAM凝胶具有最高的溶胀度，在其他条件不变时，交联剂越少，越有利于凝胶对二元有机复配物的吸附，但是交联剂含量为NIPAM质量的0.25%的PNIPAM凝胶在溶胀之后过于柔软，形状稳定性不好。因此制备PNIPAM凝胶的单体浓度为1 mol/L，交联剂含量为NIPAM质量的0.5%。
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图 5 PNIPAM凝胶在二元有机复配物中的溶胀度Figure 5. Swelling ratios of PNIPAM gels in binary organic compoundsC—Concentration3.2.2 PEG作致孔剂对PNIPAM-y%PEGx凝胶物化性能的影响
在PNIPAM凝胶的制备过程中加入致孔剂PEG，得到PNIPAM-y%PEGx凝胶，可以有效增加凝胶中胞元的尺寸。致孔剂聚乙二醇在PNIPAM-y%PEGx凝胶形成的过程中并不参与反应，只是占据一定的空间，在凝胶形成之后，可以通过去离子水浸泡法去除致孔剂聚乙二醇。图6为PNIPAM、PNIPAM-40%PEG1000两种凝胶的FTIR图谱，显然两种凝胶的FTIR图谱相同。其中3300 cm−1为NH的伸缩振动，2945 cm−1为聚合物主链上饱和CH3的振动吸收，1650 cm−1属于C=O的双键伸缩振动(酰胺I带)，1540 cm−1属于CNH的摇摆振动(酰胺II带)，1387 cm−1和1459 cm−1为CH3的吸收峰，在PN100040凝胶的FTIR图谱中1150~1050 cm−1处没有观察到典型的COC吸收，说明PNIPAM-40%PEG1000凝胶中没有PEG1000，PEG1000分子仅在凝胶聚合过程中充当致孔剂，没有参与PNIPAM-40%PEG1000凝胶的形成反应，在反应完成后通过在去离子水中浸泡除去。
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图 6 PNIPAM和PNIPAM-40%PEG1000凝胶的FTIR图谱Figure 6. FTIR spectra of the gel PNIPAM and PNIPAM-40%PEG10003.2.3 PEG分子量及含量对溶胀程度的影响
凝胶PNIPAM与凝胶PNIPAM-y%PEGx内部含有丰富的微胞结构，如图7所示，从凝胶PNIPAM及PNIPAM-y%PEGx的SEM图像(S4800场发射扫描电镜冷场，S4800型，日立Hitachi公司)可以看出，PEG分子量越大，形成胞元的尺寸越大，但是溶胀度不会随着其一直增大，溶胀结果见图8所示。实验结果表明，PNIPAM-40%PEG1000凝胶在二元有机复配物中具有最高的溶胀率：在正癸酸-月桂酸甲酯中，PNIPAM-40%PEG1000凝胶的溶胀度可以达到53.31%；在正癸酸-正癸醇中，PNIPAM-40%PEG1000凝胶的溶胀度可以达到53.70%；在月桂酸-十四烷中，PNIPAM-40%PEG1000凝胶的溶胀度可以达到52.47%。这主要是由于当PEG的分子量为4000、8000和10000时，由于微胞尺寸较大且毛细管力较弱，造成微胞之间导热性能较低且凝胶吸附能力差；当不含PEG或PEG分子量为200时，凝胶为微胞单元较小，吸附二元有机复配物的能力较差，相应所得的有机相变储能材料的相变潜热也较小。凝胶完全浸没在二元有机复配物中成为一个整体，整个微胞呈现出有些透明凝胶状态，这表明此时二元有机复配物的质量超过了凝胶的饱和吸附量。用自封袋分别装入100 g的PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯、PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇及PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷，并进行冷冻处理，随后将其放置于30℃的恒温恒湿箱中8 h(模拟夏季高温情况)，最后从自封袋中取出相变储能材料并进行称重，质量损失率分别为2.8%、5.7%和5.1%，说明PNIPAM-40%PEG1000凝胶能够有效减少二元有机复配物的泄露量。
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图 8 PNIPAM-y%PEGx凝胶在二元有机复配物中的溶胀性能Figure 8. Swelling performance of PNIPAM-y%PEGx gel in binary organic compounds3.2.4 相变温度和相变潜热
相变温度和相变潜热是决定相变储能材料能否应适用于冷链物流的重要条件。通过PNIPAM-y%PEGx凝胶对二元有机复配物进行吸附得到相变储能材料，添加致孔剂PEG可以提高凝胶内部微胞的尺寸，提高凝胶的溶胀率，但是胞元越大，凝胶的毛细管作用力就越小，因此凝胶的溶胀率不会随着致孔剂分子量及含量的增加而一直增加，如图8所示。PNIPAM-40%PEG1000凝胶在三种二元有机复配物中的溶胀效果最好，相变潜热最高，如图9所示。这三种相变储能材料的热物性能为：(1) 正癸酸-月桂酸甲酯(摩尔比30∶70)对应的相变储能材料为PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯，其相变初始温度为3.2℃、相变焓为188.10 J/g；(2) 正癸酸-正癸醇(摩尔比36∶64)对应的相变储能材料为PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇相变储能材料，其相变初始温度为1.2℃、相变焓为177.74 J/g；(3) 月桂酸-十四烷(摩尔比21∶79)对应的相变储能材料为PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料，其相变初始温度为4.2℃、相变焓为206.17 J/g。
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图 9 PNIPAM-y%PEGx/二元有机复配物的相变焓Figure 9. Enthalpy of phase transition of PNIPAM-y%PEGx/binary organic compounds4. 结 论
(1) 通过物理共混法得到三种相变温度适当、相变潜热较高的二元有机复配物：正癸酸-月桂酸甲酯、正癸酸-正癸醇和月桂酸-十四烷，这三种二元有机复配物无过冷和相分离现象、相变温度范围是0~5℃，且具有可逆的熔化和凝固性能，满足果品保鲜包装的要求。
(2) 由于二元有机复配物在相变过程中会有液相生成，不可避免地会发生泄漏，利用聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)凝胶的吸油性可以对三种二元有机复配物进行吸附，可以减少其在应用过程中的泄漏量。
(3) 当在PNIPAM凝胶的制备过程中加入致孔剂聚乙二醇1000(PEG1000)，凝胶在二元有机复配物的溶胀度提高，制备出三种适用于果品保质包装与物流技术的有机相变储能材料：PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-月桂酸甲酯、PNIPAM-40%PEG1000/正癸酸-正癸醇及PNIPAM-40%PEG1000/月桂酸-十四烷相变储能材料。
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图 1 取向-环氧化碳纳米管膜(S-E-CNTF)制备流程
S-CNTF—Stretched carbon nanotube (CNT) films; E-CNTF—Epoxided CNT films; P-CNTF—pristine CNT films; m-CPBA—3-chloroperoxybenzoic acid
Figure 1. Preparation process of stretch-epoxidation carbon nanotube films (S-E-CNTF)
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图 2 面内剪切(a)和压缩测试(b)的样条和模具示意图
Figure 2. Diagram of specimen and mold for in-plane shear (a) and compression test (b)
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图 3 P-CNTF (a)、S-CNTF (b)、E-CNTF (c)和 S-E-CNTF (d)的微观形貌
Figure 3. Micromorphology of P-CNTF (a), S-CNTF (b), E-CNTF (c) and S-E-CNTF (d)
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图 4 P-CNTF (a)、S-CNTF (b)、E-CNTF (c)和 S-E-CNTF (d)的偏振拉曼图谱
IG∥/IG⊥—Raman G-band peak spectral intensity ratio in parallel and vertical wet-tensile directions
Figure 4. Polarization raman spectrum of P-CNTF (a), S-CNTF (b), E-CNTF (c) and S-E-CNTF (d)
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图 5 P-CNTF、S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF的红外图谱
Figure 5. FTIR spectra of P-CNTF, S-CNTF, E-CNTF and S-E-CNTF
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图 6 P-CNTF (a)、S-CNTF (b)、E-CNTF (c)和 S-E-CNTF (d)的 XPS C1s图谱
Figure 6. XPS C1s spectra of P-CNTF (a), S-CNTF (b), E-CNTF (c) and S-E-CNTF (d)
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图 7 P-CNTF、S-CNTF、E-CNTF 和 S-E-CNTF的拉伸应力-应变曲线(a)和拉伸强度与拉伸模量(b)
Figure 7. Tensile stress-strain curves (a) and tensile strength and modulus (b) of P-CNTF, S-CNTF, E-CNTF and S-E-CNTF
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图 8 P-CNTF (a)、S-CNTF (b)、E-CNTF (c) 和 S-E-CNTF (d)的拉伸测试后断裂形貌
Figure 8. Fracture morphology of P-CNTF (a), S-CNTF (b), E-CNTF (c) and S-E-CNTF (d) after tensile test
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图 9 CFRP、CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF 和 CFRP/S-E-CNTF复合材料的面内剪切应力-应变曲线(a)和面内剪切模量(b)
Figure 9. In-plane shear stress-strain curves (a) and in-plane shear modulus (b) of CFRP, CFRP/P-CNTF, CFRP/S-CNTF, CFRP/E-CNTF and CFRP/S-E-CNTF composites
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图 10 CFRP、CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF复合材料的层间剪切强度
Figure 10. Interlaminar shear strength of CFRP, CFRP/P-CNTF, CFRP/S-CNTF, CFRP/E-CNTF and CFRP/S-E-CNTF composites
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图 11 CFRP (a)、CFRP/P-CNTF (b)、CFRP/S-CNTF (c)、CFRP/E-CNTF (d)和 CFRP/S-E-CNTF (e)复合材料的层间剪切测试后断裂形貌
CNT—Carbon nanotube
Figure 11. Fracture morphology of CFRP (a), CFRP/P-CNTF (b), CFRP/S-CNTF (c), CFRP/E-CNTF (d) and CFRP/S-E-CNTF (e) composites after interlaminar shear test
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图 12 CFRP、CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和 CFRP/S-E-CNTF复合材料纵向压缩强度预测和实验值
σelastic—Compressive stress at the elastic stage; σplastic—Compressive stress at the plastic stage
Figure 12. Predicted and experimental value of longitudinal compressive strength of CFRP, CFRP/P-CNTF, CFRP/S-CNTF, CFRP/E-CNTF and CFRP/S-E-CNTF composites
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图 13 CFRP (a)、CFRP/P-CNTF (b)、CFRP/S-CNTF (c)、CFRP/E-CNTF (d)和 CFRP/S-E-CNTF (e)复合材料的纵向压缩测试后的断裂形貌
Figure 13. Fracture morphology of CFRP (a), CFRP/P-CNTF (b), CFRP/S-CNTF (c), CFRP/E-CNTF (d) and CFRP/S-E-CNTF (e) composites after longitudinal compressive test
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图 14 CFRP (a)、CFRP/P-CNTF (b)、CFRP/S-CNTF (c)、CFRP/E-CNTF (d)和 CFRP/S-E-CNTF (e)复合材料纵向压缩失效机制
Figure 14. Mechanisms of longitudinal compression failure of CFRP (a), CFRP/P-CNTF (b), CFRP/S-CNTF (c), CFRP/E- CNTF (d) and CFRP/S-E-CNTF (e) composites
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图 15 CFRP、CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和 CFRP/S-E-CNTF复合材料的热红外图像(a)、温度-加热时间曲线图(b)、面内热扩散系数(c)和面内导热系数(d)
Figure 15. Thermal infrared images (a), temperature-heating time curves (b), in-plane thermal diffusivity (c) and in-plane thermal conductivity (d) of CFRP, CFRP/P-CNTF, CFRP/S-CNTF, CFRP/E-CNTF and CFRP/S-E-CNTF composites
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图 16 CFRP (a)、CFRP/P-CNTF (b)、CFRP/S-CNTF (c)、CFRP/E-CNTF (d)和 CFRP/S-E-CNTF (e)复合材料的导热机制
Figure 16. Mechanisms of thermal conductivity of CFRP (a), CFRP/P-CNTF (b), CFRP/S-CNTF (c), CFRP/E-CNTF (d) and CFRP/S-E-CNTF (e) composites
表 1 P-CNTF、S-CNTF、E-CNTF 和 S-E-CNTF的碳、氧原子和环氧基团的摩尔含量
Table 1 Molar content of carbon, oxygen and epoxy groups of P-CNTF, S-CNTF, E-CNTF and S-E-CNTF
Sample C/mol% O/mol% Epoxides/mol% P-CNTF 96.8 3.2 2.2 S-CNTF 96.3 3.7 2.8 E-CNTF 85.2 14.8 13.3 S-E-CNTF 87.3 12.7 12.2 
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[1] 王函, 孙新阳, 张建岗, 等. 石墨烯/碳纤维混杂复合材料的结构功能一体化研究进展[J]. 固体火箭技术, 2021, 44(6):737-746. DOI: 10.7673/j.issn.1006-2793.2021.06.005 WANG Han, SUN Xinyang, ZHANG Jiangang, et al. Research progress on the structure-function integration of graphene/carbon fiber hybrid composites[J]. Journal of Solid Rocket Technology,2021,44(6):737-746(in Chinese). DOI: 10.7673/j.issn.1006-2793.2021.06.005
[2] 瞿明城, 张礼颖, 周剑锋, 等. 碳纳米管改性CF/PEEK复合材料的力学与电磁屏蔽性能[J]. 复合材料学报, 2022, 39(7):3251-3261. QU Mingcheng, ZHANG Liying, ZHOU Jianfeng, et al. Effect of carbon nanotube reinforcement on the mechanical and EMI shielding properties of CF/PEEK composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2022,39(7):3251-3261(in Chinese).
[3] LU K Y, ZHU W M, SU Q F, et al. Correlation between compression strength and failure mechanism of carbon fiber composite with tailored modulus of amide acid/SiO2 synergistically stiffened epoxy matrix[J]. Composites Science and Technology,2021,202:108593. DOI: 10.1016/j.compscitech.2020.108593
[4] LU K Y, WANG Z H, LI G, et al. Enhanced longitudinal compressive strength of CFRP composites through matrix stiffening via flexible/rigid epoxide grafted silica: A combined analysis of simulation and experiments[J]. Composites Part B: Engineering,2022,235:109756. DOI: 10.1016/j.compositesb.2022.109756
[5] KANDARE E, KHATIBI A A, YOO S, et al. Improving the through-thickness thermal and electrical conductivity of carbon fibre/epoxy laminates by exploiting synergy between graphene and silver nano-inclusions[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2015,69:72-82. DOI: 10.1016/j.compositesa.2014.10.024
[6] HUANG R Y, DING D L, GUO X X, et al. Improving through-plane thermal conductivity of PDMS-based composites using highly oriented carbon fibers bridged by Al2O3 particles[J]. Composites Science and Technology,2022,230:109717. DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109717
[7] LI J, JIANG N, CHENG C X, et al. Preparation of magnetic solvent-free carbon nanotube/Fe3O4 nanofluid sizing agent to enhance thermal conductivity and interfacial properties of carbon fiber composites[J]. Composites Science and Technology,2023,236:109980. DOI: 10.1016/j.compscitech.2023.109980
[8] HAO M Y, QIAN X, ZHANG Y G, et al. Thermal conducti-vity enhancement of carbon fiber/epoxy composites via constructing three-dimensionally aligned hybrid thermal conductive structures on fiber surfaces[J]. Composites Science and Technology,2023,231:109800. DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109800
[9] STEVANOVIC D. Delamination properties of a vinyl-ester/glass fiber composite toughened by particulate-modified interlayers[C]. Canberra: Australian National University, 2001.
[10] JIANG H, CHENG F, HU Y, et al. Micro-mechanics modeling of compressive strength and elastic modulus enhancements in unidirectional CFRP with aramid pulp micro/nano-fiber interlays[J]. Composites Science and Technology,2021,206(2):108664.
[11] LI Y L, KINLOCH I A, WINDLE A H. Direct spinning of carbon nanotube fibers from chemical vapor deposition synthesis[J]. Science,2004,304(5668):276-278. DOI: 10.1126/science.1094982
[12] 蒋彩, 车辙, 邢飞, 等. 碳纳米管改性连续纤维增强树脂基复合材料层间性能的研究进展[J]. 复合材料学报, 2022, 39(3):863-883. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211027.004 JIANG Cai, CHE Zhe, XING Fei, et al. Research progress on interlaminar property of carbon nanotube-continuous fiber reinforced resin matrix composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2022,39(3):863-883(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20211027.004
[13] LI T S, LI M, GU Y Z, et al. Mechanical enhancement effect of the interlayer hybrid CNT film/carbon fiber/epoxy composite[J]. Composites Science and Technology,2018,166:176-182. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.02.007
[14] 李天舒, 王绍凯, 顾轶卓, 等. 碳纳米管膜层间改性碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的结构调控及性能[J]. 复合材料学报, 2021, 38(6):1784-1794. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201118.001 LI Tianshu, WANG Shaokai, GU Yizhuo, et al. Structure adjustment and properties of carbon nanotube film interlaminar modified carbon fiber/bismaleimide composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2021,38(6):1784-1794(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20201118.001
[15] 蔡瑜, 秦盟盟, 封伟. 具有交联网络的碳纳米管阵列导热材料[J]. 功能高分子学报, 2022, 35(6):524-531. DOI: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20220524001 CAI Yu, QIN Mengmeng, FENG Wei. Carbon nanotube arrays with cross-linked networks for thermal conducti-vity[J]. Journal of Functional Polymer,2022,35(6):524-531(in Chinese). DOI: 10.14133/j.cnki.1008-9357.20220524001
[16] 刘千立, 王晓蕾, 李敏, 等. 取向碳纳米管膜/氰基树脂复合材料的制备与性能强化机制[J]. 复合材料学报, 2017, 34(12):2653-2660. DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170323.002 LIU Qianli, WANG Xiaolei, LI Min, et al. Fabrication and strengthen mechanisms of aligned carbon nanotube sheet/cyano resin composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica,2017,34(12):2653-2660(in Chinese). DOI: 10.13801/j.cnki.fhclxb.20170323.002
[17] CHENG Q, WANG B, ZHANG C, et al. Functionalized carbon-nanotube sheet/bismaleimide nanocomposites: Mechanical and electrical performance beyond carbon-fiber composites[J]. Small,2010,6(6):763-767. DOI: 10.1002/smll.200901957
[18] WU Y, MA Q, LIANG T, et al. A facile strategy to densify aligned CNT films with significantly enhanced thermal conductivity and mechanical strength[J]. Advanced Materials Technologies,2022,7(12):2200623. DOI: 10.1002/admt.202200623
[19] ZHANG L, ZHANG G, LIU C, et al. High-density carbon nanotube buckypapers with superior transport and mechanical properties[J]. Nano Letters,2012,12(9):4848-4852. DOI: 10.1021/nl3023274
[20] LIU Q, LI M, GU Y, et al. Highly aligned dense carbon nanotube sheets induced by multiple stretching and pressing[J]. Nanoscale,2014,6(8):4338-4344. DOI: 10.1039/C3NR06704A
[21] WANG S, LIU Q, LI M, et al. Property improvements of CNT films induced by wet-stretching and tension-heating post treatments[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2017,103:106-112. DOI: 10.1016/j.compositesa.2017.10.002
[22] TRAKAKIS G, TOMARA G, DATSYUK V, et al. Mechanical, electrical, and thermal properties of carbon nanotube buckypapers/epoxy nanocomposites produced by oxidized and epoxidized nanotubes[J]. Materials,2020,13(19):4308. DOI: 10.3390/ma13194308
[23] DUAN Q, WANG S, WANG Q, et al. Simultaneous improvement on strength, modulus, and elongation of carbon nanotube films functionalized by hyperbranched polymers[J]. ACS Applied Materials & Interfaces,2019,11(39):36278-36285.
[24] TRAKAKIS G, ANAGNOSTOPOULOS G, SYGELLOU L, et al. Epoxidized multi-walled carbon nanotube buckypapers: A scaffold for polymer nanocomposites with enhanced mechanical properties[J]. Chemical Engineering Journal,2015,281:793-803. DOI: 10.1016/j.cej.2015.06.085
[25] CHENG Q, LI M, JIANG L, et al. Bioinspired layered composites based on flattened double-walled carbon nanotubes[J]. Advanced Materials,2012,24(14):1838-1843. DOI: 10.1002/adma.201200179
[26] JUMAHAT A, SOUTIS C, JONES F R, et al. Fracture mechanisms and failure analysis of carbon fibre/toughened epoxy composites subjected to compressive loading[J]. Composite Structures,2010,92:295-305. DOI: 10.1016/j.compstruct.2009.08.010
[27] DOWNES R, WANG S, HALDANE D, et al. Strain-induced alignment mechanisms of carbon nanotube networks[J]. Advanced Engineering Materials,2015,17(3):349-358. DOI: 10.1002/adem.201400045
[28] ASTM. Standard test method for shear properties of composite materials by V-notched rail shear method: ASTM D7078-12[S]. West Conshohocken: ASTM International, 2018.
[29] 中国纤维增强塑料标准化技术委员会. 单向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法: JC/T 733—2010[S]. 北京: 中国建材工业出版社, 2011. China Fiber Reinforced Plastics Standardization Technical Committee. Test method for interlaminar shear strength of unidirectional fiber reinforced plastics: JC/T 733—2010[S]. Beijing: China Building Materials Industry Press, 2011(in Chinese).
[30] ASTM. Standard test method for compressive properties of polymer matrix composite materials with unsupported gage section by shear loading: ASTM D3410/D3410M—16[S]. West Conshohocken: ASTM International, 2016.
[31] LI S, PARK J G, LIANG Z, et al. In situ characterization of structural changes and the fraction of aligned carbon nanotube networks produced by stretching[J]. Carbon,2012,50(10):3859-3867. DOI: 10.1016/j.carbon.2012.04.029
[32] ZHANG M S, LI M, WANG S K, et al. The loading-rate dependent tensile behavior of CNT film and its bismaleimide composite film[J]. Materials and Design,2017,117:37-46. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.12.085
[33] OGRIN D, CHATTOPADHYAY J, SADANA A K, et al. Epoxidation and deoxygenation of single-walled carbon nanotubes: Quantification of epoxide defects[J]. Journal of the American Chemical Society,2006,128(35):11322-11323. DOI: 10.1021/ja061680u
[34] KOUTROUMANIS N, MANIKAS A C, PAPPAS P N, et al. A novel mild method for surface treatment of carbon fibres in epoxy-matrix composites[J]. Composites Science and Technology,2018,157:178-184. DOI: 10.1016/j.compscitech.2018.01.048
[35] PAN J, LI M, WANG S, et al. Hybrid effect of carbon nanotube film and ultrathin carbon fiber prepreg compo-sites[J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites,2017,36(6):452-463. DOI: 10.1177/0731684416684020
[36] ZHANG C, ZHANG X Q, ZOU H W, et al. Chitosan-doped carbon nanotubes encapsulating spread carbon fiber composites with superior mechanical, thermal, and electrical properties[J]. Composites Science and Technology,2022,230:109755. DOI: 10.1016/j.compscitech.2022.109755
[37] ZHANG C, ZHANG X Q, ZOU H W, et al. Ultra-thin carbon fiber reinforced carbon nanotubes modified epoxy composites with superior mechanical and electrical properties for the aerospace field[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2022,163:107197. DOI: 10.1016/j.compositesa.2022.107197
[38] CUI W, DU F, ZHAO J, et al. Improving thermal conductivity while retaining high electrical resistivity of epoxy composites by incorporating silica-coated multi-walled carbon nanotubes[J]. Carbon,2011,49(2):495-500. DOI: 10.1016/j.carbon.2010.09.047
-
期刊类型引用(1)
1. 许敏，田晓锋，兰煜坤，魏士杰，王克飞. 锂离子电池组铜导电带的修饰及性能评估. 当代化工研究. 2024(23): 47-49 . 
百度学术
其他类型引用(2)
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目的
近年来结构功能一体化碳纤维增强树脂基复合材料受到了广泛关注。而其较差的纵向压缩强度和面内导热性能也成为制约其应用的主要因素。本文利用层间增强增刚技术探索了碳纳米管膜在结构功能一体化复合材料制备领域的积极作用。
方法首先利用湿拉伸法和环氧化反应优化了碳纳米管膜(P-CNTF)的物理化学结构，制备了取向、环氧化和取向-环氧化碳纳米管膜(S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF)，分别用于层间增强增刚CFRP(分别记作CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF)，并通过SEM、拉曼偏振、FTIR、XPS以及DMA薄膜拉伸技术分析了碳纳米管膜的物理化学特性以及拉伸性能。其次通过面内剪切测试、层间剪切测试、纵向压缩测试、SEM断面分析、热红外成像技术以及激光闪射法分析了复合材料的压缩失效机制以及导热机制。
结果(1)相较于P-CNTF，S-CNTF和S-E-CNTF的取向程度显著提高，碳纳米管发生重排呈现基于大集束状态的定向排列；E-CNTF和S-E-CNTF的表面成功引入了环氧基团；物理化学结构的优化也导致了S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF的拉伸强度和模量增加，相较于P-CNTF，S-CNTF、E-CNTF和S-E-CNTF的拉伸强度由26.8 MPa分别提高到了81.2 MPa、64.3 MPa和116.0 MPa，而拉伸模量分别由0.3 GPa分别提高到了3.1 GPa、1.1 GPa以及6.3 GPa。(2)相较于CFRP复合材料，CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF复合材料的面内剪切模量分别提高了8.6%、21.2%、13.8%和28.3%，层间剪切强度分别提高了5.3%、7.4%、22.1%和34.2%；而模型预测表明，CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF复合材料的理论弹性压缩应力由857 MPa分别提高到了907 MPa、1012 MPa、978 MPa 和1120 MPa，理论塑性压缩应力由207 MPa分别提高到了237 MPa、241 MPa、256 MPa 以及274 MPa，并且与实验测试结果吻合较好，由实验测得的纵向压缩强度分别提高了5.5%、16.4%、21.7%和35.2%。此外，对比于CFRP复合材料，CFRP/P-CNTF、CFRP/S-CNTF、CFRP/E-CNTF和CFRP/S-E-CNTF复合材料的面内导热系数由4.32 W/(m·K)分别提高到了5.70 W/(m·K)、6.43 W/(m·K)、6.11 W/(m·K)以及7.80 W/(m·K)。
结论基于碳纳米管膜的层间增强增刚技术成功制备了结构功能一体化碳纤维复合材料。复合材料抵抗剪切变形和层间裂纹扩展的能力得到加强，进一步抑制了复合材料压缩过程中的扭结带失效和分层破坏，同时碳纳米管膜在复合材料中构建了贯穿层间区域的三维导热网络结构，提高了热量的传输效率，实现了纵向压缩强度和面内导热性能同步增强。
计量
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