CNT/CFRP簡介

炭纖維增強樹脂基復合材料(Carbon fiber rein forced resin matrix composites, CFRP)具有高比強度高比剛度、優異的耐腐蝕性、可設計性強、可一體化成型等優點，在航空航天、汽車、海軍、武器和民用基礎設施等領域具有廣泛應用。但CFRP在實際應用過程中的會出現纖維脫粘、纖維斷裂和層間分層等問題，其中層間分層是最嚴重的失效形式之一。

碳納米管(Carbon nanotube, CNT)是一種具有優異的力學性能的一維納米材料，能夠通過拔出、微裂紋和裂紋橋聯等方式增強CFRP，是改善CFRP機械性能的理想增強體。

CNT/CFRP制備方法

 由于CNT管間存在較強的范德華力，管與管之間容易相互纏繞在基體中形成團聚，受力時形成應力集中區域，影響CNT/CFRP的性能。目前制備CNT/CFRP的方法主要有以下兩種：

1.通過化學方法使CNT與炭纖維直接相連，從三維結構上制備CNT/CFRP，但是 CNT 容易在炭纖維表面纏結，影響基體的浸潤和材料整體的性能，另外涉及的工藝、設備要求較高，目前還無法投入大規模生產應用

2.通過物理方法如機械攪拌、超聲、三輥分散等，將CNT與樹脂混合，然后引入CNT/CFRP中。但是大量的實驗表明，加入溶劑或對CNT進行功能化處理的方法可以降低基體的黏度、改善CNT分散時的團聚問題，但是有機溶劑不易回收，微量的溶劑殘留會影響CNT/CFRP樣品的宏觀性能，而功能化處理容易造成CNT部分性能的損傷。

因此，如何在樹脂基體中實現CNT的均勻分散是一個亟需解決的難題。

高壓均質分散CNT

通過高壓均質機對CNT進行預處理，可以打開CNT管束間的纏繞，提高CNT在環氧樹脂中的分散性與穩定性，獲得分散均勻的CNT改性樹脂。所制備的CNT/CFRP的層間剪切強度也有所提升。

• CNT分散前后外觀對比

使用設備：ATS AH-BASIC 2

通過觀察SEM圖（左）和TEM圖（右）可以看出經過高壓均質機分散處理后，相同質量下CNT體積明顯變大且網絡疏松，管間團聚現象得到了明顯地改善。

• CNT改性樹脂光學顯微鏡圖

左未分散，右分散后

未分散的CNT多以纏繞起來的幾十微米大小的團簇存在于樹脂中，結構緊密，基本看不到透過的光線，CNT分布不均勻。高壓均質機分散后的CNT在樹脂中均勻分布且無明顯的團聚現象。

• CNT/CFRP微觀樣貌

使用高壓均質機分散后的CNT改性樹脂制備的 CNT/CFRP ，CNT有效地增強了復合材料的層間性能 ，當CNT含量為1.00%時， 復合材料的層間剪切強度達到最大值 85.1 MPa，提高了37.9%。

ATS高壓均質

安拓思納米技術（蘇州）有限公司成立于2001年，隸屬于上海多寧集團，深耕行業二十多年，是一家專業從事精細化工、新能源材料等納米制備設備與工藝輔助，集技術研發、生產、銷售于一體的高新技術企業。ATS為全球客戶提供高性能、高安全、高可靠的納米漿料分散方案。

ATS提供從實驗型到大型生產不同階段需求的設備及技術解決方案，經ATS高壓均質機分散后的碳納米管無沉淀，顯微鏡下可見CNT分散均勻。

無沉淀

分散均勻

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參考文獻：劉婉玥 ,楊文剛 ,姜欣榮,程曉英 ,呂衛幫.碳納米管預分散及其對復合材料層間剪切力學性能影響研究.[j]炭素技術.2021