车体用高性能纳米碳/环氧树脂复合材料的工业化制备研究初探
发布时间：2023-03-19 05:12
安全、节能、环保已是汽车工业发展的必然趋势,而对目前普遍采用的金属车体进行轻量化是实现该目标的重要途径。使用环氧树脂基复合材料对其进行取代或部分取代是目前实现汽车轻量化最有效的技术方案之一。纳米碳材料(碳纳米管、纳米金刚石、石墨烯等)以其极低的密度和极卓越的力学性能,成为环氧树脂一种最有应用前景的强化填料。然而,一直以来,纳米碳材料在环氧树脂中较差的分散以及与环氧树脂之间所缺乏的有效联系,限制了其强化潜力的发挥。目前报道的解决方案以对纳米碳材料进行表面氧官能化或继而氮官能化为主,官能化过程中不可避免或较严重污染环境、或较复杂操作、或较小规模限制、或较高生产成本,极大限制了其工业化应用的前景。为促进车体用高性能纳米碳/环氧树脂复合材料的产业化发展,本论文从产业化角度出发,对几种常见纳米碳材料进行了高效、经济、环保的修饰或掺杂,并从车体材料所关心的主要性能指标考察了其对环氧树脂的强化效果,同时深入研究了修饰和强化的机理。最后,从安全性角度出发,本文用纳米碳材料配合阻燃剂对构建阻燃增强型环氧树脂复合材料进行了初步的探索。具体内容包括:(1)开发了一种优化的H2O2/H2O/O3氧化法。用该方...
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文工作的立意
1.1.1 我国新能源汽车的发展背景
1.1.2 汽车车体轻量化的意义
1.1.3 车体材料轻量化的瓶颈与论文工作的目标
1.2 车体用环氧树脂概述
1.2.1 环氧树脂的结构与性质
1.2.2 环氧树脂固化物的物理化学性质
1.2.3 环氧树脂固化物用于新能源汽车车体的优势及不足
1.3 车体用纳米碳/环氧树脂复合材料的研究进展
1.3.1 纳米碳材料概述
1.3.2 纳米碳材料强化环氧树脂的力学性能
1.3.3 纳米碳材料提高环氧树脂的火灾安全性
1.3.4 影响纳米碳材料强化环氧树脂潜力发挥的因素及现行解决方案
1.3.5 车体用高性能纳米碳/环氧树脂复合材料的工业化制备挑战
1.4 本论文的研究思路和主要内容
第2章 实验部分
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂及材料
2.1.2 实验仪器
2.2 物理化学性质表征
2.2.1 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.2 X射线粉末衍射(XRD)
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
2.2.4 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.5 拉曼光谱(Raman)
2.2.6 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.7 氮气物理吸附(N2 physisorption)
2.2.8 流变行为
2.2.9 差示扫描量热仪(DSC)
2.3 复合材料的机械性能表征
2.3.1 复合材料的拉伸性能
2.3.2 复合材料的冲击性能
2.3.3 复合材料的断裂韧性
2.3.4 复合材料的动态力学分析(DMA)
2.3.5 复合材料的硬度
2.4 复合材料的火灾安全性能表征
2.4.1 复合材料的极限氧指数(L0I)测试
2.4.2 复合材料的垂直燃烧测试
2.4.3 复合材料的燃烧行为测试(锥形量热仪)
第3章 H2O2/H2O/O3氧化的碳纳米管及其在强化环氧树脂中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 浓硝酸氧化碳纳米管(oCNT-1)
3.2.2 H2O/O3氧化碳纳米管(oCNT-2)
3.2.3 H2O2/H2O/O3氧化碳纳米管(oCNT-3)
3.2.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 oCNT-3与众参比碳纳米管的物理化学特征比较
3.3.2 oCNT-3与众参比碳纳米管对环氧树脂的强化效果比较
3.3.3 oCNT-3强化环氧树脂的机理理解
3.4 小结
第4章 水热法氧化的碳纳米管及其在强化环氧树脂中的应用
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 水热法氧化碳纳米管
4.2.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 水热法氧化的碳纳米管的物理化学特征
4.3.2 水热法氧化的碳纳米管在环氧树脂基体中的表现
4.3.3 水热法氧化的碳纳米管强化环氧树脂的机理讨论
4.4 小结
第5章 铵根离子修饰的富氧纳米碳材料及其在强化环氧树脂中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 对富氧纳米碳材料修饰铵根离子
5.2.2 纳米碳/环氧树脂复合材料的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 铵根离子修饰的纳米金刚石的物理化学特征
5.3.2 铵根离子修饰的纳米金刚石在环氧树脂基体中的表现
5.3.3 铵根离子修饰的纳米金刚石强化环氧树脂的机理讨论
5.3.4 铵根离子修饰的活性炭在环氧树脂基体中的表现
5.3.5 铵根离子修饰的氧化石墨烯在环氧树脂基体中的表现
5.4 小结
第6章 高含氮量及不同杯叠结构掺氮碳纳米管的可控制备及其在强化环氧树脂中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 生长掺氮碳纳米管所需催化剂的制备
6.2.2 高含氮量及不同杯叠结构掺氮碳纳米管的制备
6.2.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料与掺氮碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
6.3 结果与讨论
6.3.1 高含氮量掺氮碳纳米管的制备及其物理化学特征
6.3.2 不同杯叠结构掺氮碳纳米管的制备及其物理化学特征
6.3.3 掺氮碳纳米管在环氧树脂基体中的表现
6.3.4 掺氮碳纳米管强化环氧树脂的机理探讨
6.4 小结
第7章 多重修饰的纳米金刚石强化阻燃型聚磷酸铵/环氧树脂复合材料
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 修饰纳米金刚石
7.2.2 聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的制备
7.2.3 修饰的纳米金刚石强化聚磷酸铵/环氧树脂复合材料
7.3 结果与讨论
7.3.1 修饰后纳米金刚石的物理化学特征
7.3.2 修饰的纳米金刚石增强聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的火灾安全性
7.3.3 修饰的纳米金刚石强化聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的力学性能
7.4 小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3764627
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 论文工作的立意
1.1.1 我国新能源汽车的发展背景
1.1.2 汽车车体轻量化的意义
1.1.3 车体材料轻量化的瓶颈与论文工作的目标
1.2 车体用环氧树脂概述
1.2.1 环氧树脂的结构与性质
1.2.2 环氧树脂固化物的物理化学性质
1.2.3 环氧树脂固化物用于新能源汽车车体的优势及不足
1.3 车体用纳米碳/环氧树脂复合材料的研究进展
1.3.1 纳米碳材料概述
1.3.2 纳米碳材料强化环氧树脂的力学性能
1.3.3 纳米碳材料提高环氧树脂的火灾安全性
1.3.4 影响纳米碳材料强化环氧树脂潜力发挥的因素及现行解决方案
1.3.5 车体用高性能纳米碳/环氧树脂复合材料的工业化制备挑战
1.4 本论文的研究思路和主要内容
第2章 实验部分
2.1 实验试剂与仪器
2.1.1 实验试剂及材料
2.1.2 实验仪器
2.2 物理化学性质表征
2.2.1 X射线光电子能谱(XPS)
2.2.2 X射线粉末衍射(XRD)
2.2.3 透射电子显微镜(TEM)
2.2.4 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.5 拉曼光谱(Raman)
2.2.6 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)
2.2.7 氮气物理吸附(N2 physisorption)
2.2.8 流变行为
2.2.9 差示扫描量热仪(DSC)
2.3 复合材料的机械性能表征
2.3.1 复合材料的拉伸性能
2.3.2 复合材料的冲击性能
2.3.3 复合材料的断裂韧性
2.3.4 复合材料的动态力学分析(DMA)
2.3.5 复合材料的硬度
2.4 复合材料的火灾安全性能表征
2.4.1 复合材料的极限氧指数(L0I)测试
2.4.2 复合材料的垂直燃烧测试
2.4.3 复合材料的燃烧行为测试(锥形量热仪)
第3章 H2O2/H2O/O3氧化的碳纳米管及其在强化环氧树脂中的应用
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 浓硝酸氧化碳纳米管(oCNT-1)
3.2.2 H2O/O3氧化碳纳米管(oCNT-2)
3.2.3 H2O2/H2O/O3氧化碳纳米管(oCNT-3)
3.2.4 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
3.3 结果与讨论
3.3.1 oCNT-3与众参比碳纳米管的物理化学特征比较
3.3.2 oCNT-3与众参比碳纳米管对环氧树脂的强化效果比较
3.3.3 oCNT-3强化环氧树脂的机理理解
3.4 小结
第4章 水热法氧化的碳纳米管及其在强化环氧树脂中的应用
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 水热法氧化碳纳米管
4.2.2 碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
4.3 结果与讨论
4.3.1 水热法氧化的碳纳米管的物理化学特征
4.3.2 水热法氧化的碳纳米管在环氧树脂基体中的表现
4.3.3 水热法氧化的碳纳米管强化环氧树脂的机理讨论
4.4 小结
第5章 铵根离子修饰的富氧纳米碳材料及其在强化环氧树脂中的应用
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 对富氧纳米碳材料修饰铵根离子
5.2.2 纳米碳/环氧树脂复合材料的制备
5.3 结果与讨论
5.3.1 铵根离子修饰的纳米金刚石的物理化学特征
5.3.2 铵根离子修饰的纳米金刚石在环氧树脂基体中的表现
5.3.3 铵根离子修饰的纳米金刚石强化环氧树脂的机理讨论
5.3.4 铵根离子修饰的活性炭在环氧树脂基体中的表现
5.3.5 铵根离子修饰的氧化石墨烯在环氧树脂基体中的表现
5.4 小结
第6章 高含氮量及不同杯叠结构掺氮碳纳米管的可控制备及其在强化环氧树脂中的应用
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 生长掺氮碳纳米管所需催化剂的制备
6.2.2 高含氮量及不同杯叠结构掺氮碳纳米管的制备
6.2.3 碳纳米管/环氧树脂复合材料与掺氮碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
6.3 结果与讨论
6.3.1 高含氮量掺氮碳纳米管的制备及其物理化学特征
6.3.2 不同杯叠结构掺氮碳纳米管的制备及其物理化学特征
6.3.3 掺氮碳纳米管在环氧树脂基体中的表现
6.3.4 掺氮碳纳米管强化环氧树脂的机理探讨
6.4 小结
第7章 多重修饰的纳米金刚石强化阻燃型聚磷酸铵/环氧树脂复合材料
7.1 引言
7.2 实验部分
7.2.1 修饰纳米金刚石
7.2.2 聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的制备
7.2.3 修饰的纳米金刚石强化聚磷酸铵/环氧树脂复合材料
7.3 结果与讨论
7.3.1 修饰后纳米金刚石的物理化学特征
7.3.2 修饰的纳米金刚石增强聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的火灾安全性
7.3.3 修饰的纳米金刚石强化聚磷酸铵/环氧树脂复合材料的力学性能
7.4 小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果
本文编号：3764627
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