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作者：吕文晏1，2程俊华2，3闻荻江3(1.常州大学，常州213164；2.盐城工学院，盐城224001；3.苏州大学，苏州215012)

综述了炭黑、碳纤维、碳纳米管等碳质材料增强爱游戏老版本下载 复合材料的力学性能特征、论述了碳质材料的类型、用量，改性方法对复合材料抗张强度、抗拉强度、断裂伸长率、抗冲击强度以及韧性等力学性能的影响。讨论了表面化学修饰碳质材料、改进共混技术以及材料微观结构对复合材料力学性能的影响，碳质材料的分散性是影响复合材料力学性能和微观结构的主要因素，对碳质材料进行表面化学修饰或改进共混技术是提高碳粒分散性和复合材料微观结构和力学性能的有效途径。 

    关键词：碳质材料，爱游戏老版本下载 复合材料，力学性能，增强机理，表面改性 

随着现代科学技术的发展，高性能爱游戏老版本下载 复合材料的研究和开发受到越来越多的重视[1]，利用碳质材料增强爱游戏老版本下载 复合材料的研究取得了重要进展。研究最多且增强效果比较明显的碳质材料是炭黑(CB)、碳纤维(CF)和碳纳米管(CNTs)，它们能显著改善爱游戏老版本下载 复合材料的机械性能，尤其是明显地提高其韧性，甚至碳质材料已成为开发多功能、高性能复合材料的重要组成之一。同时，碳质材料的类型、用量，改性方法以及复合结构是影响爱游戏老版本下载 复合材料力学等性能的主要因素；对碳质材料进行表面化学修饰，使其表面带上一定的官能团，以及改进传统机械共混工艺等技术路线是提高碳粒分散性和复合材料力学性能的有效途径。本文综述了对炭黑、碳纤维、碳纳米管的改性方法和增强爱游戏老版本下载 复合材料力学性能的研究进展。 

    1·不同碳质材料的增强效果 

    1.1炭黑 

炭黑(CB)作为一种纳米尺度的颗粒，具有巨大的表面积和表面能，以及不规则的表面枝链状结构[2]，可与爱游戏老版本下载 (EP)形成良好的粘结界面。焦剑[3]等用填充混合法，添加不同量的纳米CB，制备CB/EP复合材料。加入CB后，材料的力学性能和耐热性均有提高，在加入2%CB时，材料的拉伸强度、断裂伸长率、冲击强度和弯曲强度均达到极大值，分别为82MPa、3%、20kJ/m2、107MPa，相比纯EP的分别提高了32·3%，39·6%，88·7%，10·3%。X-射线衍射、透射电镜(TEM)研究表明，CB在EP中主要以炭黑粒子以及聚集体的形态均匀分散，并可能与EP固化时形成剥离结构；扫描电镜(SEM)对CB/EP拉伸断口的观察表明，CB通过偶联剂，与EP形成良好的粘结界面。 

理论研究表明碳纳米管(CNTs)具有极高的强度和韧性，抗拉强度为钢的100倍，碳纤维的近20倍，而密度仅为钢的1/6~1/7，并具有很好的柔韧性。

井新利等[4]研究了CB/EP的力学性能和微波介电性能。将导电性能良好的乙炔炭黑在100℃搅拌加入EP中，结果表明填充量≤3质量份的乙炔炭黑，明显提高了该复合材料的介电系数和介电损耗，而弯曲强度略有下降；随着CB质量份的提高，材料力学性能呈逐步下降的趋势。 

KrishnaCEtika等[5]研究了CB和黏土对EP复合材料电性能和力学性能的影响。用等量CB和黏土，填充量分别为2·5%(wt，下同)时，复合材料的储存模量分别提高了36%、40%，但是损害了材料的导电性；当CB和黏土按2∶1的比例添加，材料的导电性和储存模量都得到改善，认为CB和黏土存在协同作用，而且影响CB在EP网络结构中的分散程度。 

    1.2碳纤维 

碳纤维(CF)轻质、高强、高模，已成为复合材料中不可缺少的增强材料，尤其在航空航天领域[6]。HungKai-Bing等[7]以表面涂装改性后的CF增强爱游戏老版本下载 ，获得可控制界面的CF/EP复合材料。复合材料的横向、纵向强度，层间抗剪强度分别提高了60%、54%、135%。电子显微镜、红外光谱和接触角的观察表明，在这种经过苯酚、苯二胺和丙烯酸单体表面涂装改性的CF，表面引入了类似-OH、-NH2、-COOH等活性基团，可改善CF在EP基体中的可湿性及界面粘附力。 

张杰等[8]以CF为增强材料，采用手糊成型螺栓加压工艺制备了CF/EP复合材料，研究了材料的常温和高温力学性能，以及水煮后力学性能和动态力学性能的变化。实验表明，制得的复合材料具有优良的力学性能和耐高温性能，其弯曲强度为1434MPa，拉伸强度为1972MPa，剪切强度为76·1MPa，玻璃化转变温度(Tg)超过210℃；并且在120℃时的弯曲强度和剪切强度保持率都超过55%。对材料弯曲断面的观察表明，纤维分布均匀，树脂对纤维浸润良好，具有很好的界面粘接性和较低的空隙率。 

    
谷和平等[9]比较了短切碳纤维(SCF)和无碱玻璃纤维(SGF)对TDE-85爱游戏老版本下载 复合材料性能的影响。研究表明：两种短切纤维增强爱游戏老版本下载 复合材料的力学性能的总体趋势相似，在纤维质量分数小于10%时，力学性能均有所下降；大于10%，力学性能有显著的提高；低于20%时，SCF增强复合材料的各项力学性能均优于SGF增强的。当SCF的质量分数为20%时，拉伸强度出现了最大值78·48MPa，比纯树脂体系提高了23·2%；相比，当SGF的质量分数为30%时，拉伸强度出现最大值76·32MPa，比纯树脂体系仅仅提高了19·79%；但无论是添加SCF还是SGF，复合材料的弯曲强度都比纯树脂体系的低。

WangTianchi等[10]通过热解海绵获得网络碳，然后向网络碳注射EP，使EP充分包裹网络碳并填充所有骨架间隙，挤压成型得到互穿网络结构的复合材料。SEM观察显示：碳骨架与EP形成互穿网络结构。认为碳骨架与EP在原位紧密结合可制止软性基体的扭曲变形，降低EP的热损耗率，碳的网络结构对材料起到稳定作用和润滑作用，提高了复合材料的硬度，显著降低磨损率。 

    1.3碳纳米管 

    
理论研究表明碳纳米管(CNTs)具有极高的强度和韧性，抗拉强度为钢的100倍，碳纤维的近20倍，而密度仅为钢的1/6~1/7，并具有很好的柔韧性。由于CNTs是中空的笼状结构，能通过体积变化来实现其弹性，故能承受40%的张力应变，而不会呈现脆性行为、塑性变形或键断裂。基于CNTs优异的力学性能，近十年来人们对CNTs/EP复合材料做了大量的研究，显示出CNTs对改变和提高EP力学性能，特别对开发具有多功能的高性能复合材料起着十分重要的作用。张娇霞等[11]将纳米碳增强EP复合材料力学性能的机理概括为均匀分散的纳米碳在EP基体中与环氧基团形成远大于范德华力的作用力；而且，CNTs能吸收一定的形变功，起到阻碍微裂纹、吸收能量的作用。当裂纹在EP中扩展时，受到刚性纳米粒子的阻碍和钝化而停止，制止破坏性开裂，实现了对复合材料的增强。

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