源自回收木材废料的纳米晶使碳纤维复合材料更加坚韧
来源：PT现代塑料 2020-11-16 15:06:00
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文章关键词： 回收木材 纳米晶 碳纤维 复合材料原文：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10158.html 美国德克萨斯州农工大学的研究人员们使用了一种名为纤维素
纳米晶的天然植物产品，来使碳纳米管均匀地分布到
碳纤维复合材料上。
采用超细
碳纤维束增强的聚合物是轻如羽毛、强如钢铁的
复合材料的缩影，这使它们在很多行业领域得到了广泛应用。
如果添加碳纳米管，可以进一步增强
复合材料的功能，但用于整合碳纳米管的化学过程最终却使它们在
复合材料上的分布不均匀，从而限制了强度和其他有用性能的最终实现。
研究人员们表示，他们的方法要比传统方法快，能够从纳米尺度来设计
碳纤维复合材料。
这项研究成果被发布在美国化学学会（ACS）《应用纳米材料》杂志的网站上。
复合材料由层构成，比如，聚合物
复合材料由诸如
碳纤维和芳纶纤维等纤维层及聚合物基体构成，这种层状结构恰恰是
复合材料弱点的根源，层的任何损坏都会导致断裂，这在技术上被称为分层。
为了提高强度，以及赋予
碳纤维复合材料其他理想的品质，如导电性和导热性，通常需要加入碳纳米管。
然而，用于将碳纳米管整合到这些
复合材料中的化学过程通常会引起纳米颗粒的聚集，从而降低添加这些粒子的总体收益。
工程技术与产业布局部门助理教授Amir Asadi博士说：“使用纳米粒子的问题就像往牛奶里加入粗咖啡粉，粉末互相结块或粘在一起。为了充分利用碳纳米管，首先需要将它们彼此分开，然后以某种方式使碳纳米管分布到
碳纤维复合材料中的特定位置。”
为使碳纳米管更均匀地分布，Asadi及其团队转向采用纤维素
纳米晶，这是一种很容易从回收木浆中获得的化合物。
这些
纳米晶的分子上有可以吸收水分和其他被水排斥的部分的片段，这种独特的分子结构为在纳米尺度上构建
复合材料提供了理想的解决方案。
这种纤维素
纳米晶的疏水部分与
碳纤维结合，并将它们固定到聚合物基体上。
另一方面，
纳米晶中的亲水部分有助于
碳纤维的均匀分散，就像糖（它是亲水的）一样，均匀地溶解在水中，而不是结块并沉入杯底。
研究人员们在试验中使用了一种商用
碳纤维布。它们向这种布上加入了含纤维素
纳米晶和碳纳米管的水溶液，然后通过剧烈振动使所有这些混合在一起。
最后，他们把布晾干，然后在上面涂上树脂，逐步形成碳纳米管涂覆的聚合物
复合材料。
在采用电子显微镜检查
复合材料样品时，Asadi及其团队发现，这种纤维素
纳米晶附着在碳纳米管的尖端，使纳米管朝向同一方向。
基于在极限载荷下对材料力学性能的测试，他们还发现，纤维素
纳米晶使
复合材料的弯曲强度提高了33%，层间强度提高了40%。
Asadi说：“在此研究中，我们采取了利用纤维素
纳米晶从纳米尺度设计
复合材料的方法，这种方法使我们能更好地控制聚合物
复合材料在宏观尺度上展现出的性能。我们认为，我们的技术是提高混合
复合材料加工规模的一条途径，这种材料适用于许多行业，包括航空和汽车制造业。”
文章来源：http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news-detail-244-10158.html文章关键词： 回收木材 纳米晶 碳纤维 复合材料
