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原子构成仲胺，一个氮原子构成叔胺，它既有叔胺的催化作用，又有仲胺的作用，它在结构上不受2位取代基的影响，与1位取代基有很大关系。本论文选取咪唑为固化剂，探索得环氧树脂固化温度为80℃一小时，120℃一小时。
2.4 复合材料的制备工艺
2.4.1 不含碳纳米管的浇注体制备
将E54环氧树脂和2-乙基-4-甲基咪唑以5：0.5的比例混合。加热到50℃，加热过程中
用玻璃棒不断搅拌。待固化剂分散均匀后，置于恒温50℃的烘箱中，静置。同时准备好浇铸模具（经脱模剂处理），于50℃的烘箱中预热。20min后将稳定的树脂体系浇铸到预热好的模具中。按80℃恒温1h，120℃恒温1h的固化程序升温固化。自然冷却后卸下模具取出试件。
2.4.2 含碳纳米管的浇注体的制备
用玛瑙研钵将纯化的MWCNTs研磨15min，接着用锥形瓶在电子天平上称取一定量的MWCNTs，然后加入10ml的丙酮，放入超声振荡仪超声分散30min后备用。用反应瓶在电子天平上称取一定量的Ep，按比例再称取一定量的表面活性剂（DMF）。将上述混合物进行搅拌混合一定时间，搅拌混合到时后，按比例在电子天平上称取一定量的固化剂（咪唑），加入到反应瓶内，再次对上述混合物进行30℃恒温搅拌混合15min。然后加入5ml的丙酮接着再搅拌混合15min。之后将丙酮分散的MWCNTs悬浮液加入到反应瓶中，把反应瓶安装在超声振荡仪内，在超声振荡下，30℃搅拌混合一定时间。之后接真空泵，开始抽溶剂8h。抽到时后，缓慢向反应瓶中放气到常压。取下反应瓶，用样品勺迅速将混合物刮入模具中，盖紧、固定，将紧固的模具放入电烘箱中，在固化温度下固化2h。固化到时后，关闭电源自然冷却到室温。转天再次对样品进行较高温度后固化处理4h，固化到时随烘箱自然冷却至室温，然后取出带模具的样品，借助工具将样品从模具中取出，得到MWCNTs/Ep复合材料。其中多壁碳纳米管的含量(质量数)分别为0%、1%、2%、3%、4%。
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2.5 力学性能测试
2.5.1弯曲性能测试
弯曲性能测试在Instron万能材料试验机上进行，采用三点加载简支梁法，加载速度υ=2mm/min。弯曲性能测试按GB/T2570-1995要求进行测试。弯曲试样尺寸如图2-2所示：
计算公式为：
T?3PL （2–1） 22bh80 图2-2 弯曲试样尺寸mm
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10 4 4 式中：T —弯曲强度（Mpa）；
P —破坏载荷（N）； L —跨距（mm）； b —样品宽度（mm）； h —试样厚度（mm）。
2.5.2 拉伸性能测试
拉伸性能测试在Instron万能材料试验机上进行，按GB/T2568-1995要求进行测试。试样规格为长100mm，宽为10mm，厚度为4±0.2mm，加载速度为2mm/min。
材料的拉伸强度按公式2-2计算。
??式中： σ—拉伸强度（Mpa）；
P —破坏载荷（N）； b —试样宽度（mm）； h —试样厚度（mm）。
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P （2–2） bh
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2.6 微观结构分析
2.6.1 透射电子显微镜(TEM)分析
将碳纳米管及表面处理后的碳纳米管溶液,在超声波清洗器中超声15分钟,取出样品,用滴管滴加在用于观察试样的载体铜网上微观结构的观察在透射电镜上完成。
2.6.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
SEM分析在HITACHI-S-570型扫描电镜上进行。复合材料的断口形貌观察采用扫描电子显微镜完成,断面经喷金处理,观察碳纳米管在树脂中的分散、断裂和界面粘结情况。
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第三章 结果与讨论
3.1 超声分散工艺的确定
由于纳米碳纳米管表面活性高，在树脂体系分散过程中易团聚，但利用超声空化时产生的局部高温、高压或强冲击波和微射流等，可较大幅度地弱化纳米粒子间的羟基作用能，充分分散纳米粒子。但使用时应避免使用过热超声搅拌，因为随着热能和机械能的增加，颗粒碰撞的几率也增加，反而导致进一步的团聚。因此，应该选择最低限度的超声分散方式来分散纳米颗粒。已有实验表明，适当的超声时间可以有效地改善粉体的团聚情况，降低颗粒的平均粒径尺寸。因而本实验通过机械搅拌进行初步分散，超声分散纳米粒子。在树脂中加入3%含量的碳纳米管，并以相同的搅拌时间（20min）机械搅拌和搅拌强度（恒温搅拌器的第2档强度，本仪器共5档）使之初步分散，然后以相同的超声强度（电压固定150V，电功率约为100W）不同的超声分散时间作用，最后加入固化剂程序升温固化。超声作用时间对碳纳米管/环氧复合材料层间剪切强度的影响见图3-1。
908580弯曲强度(MPa)757065605550450246 810时间(h)
图3-1 超声分散时间与弯曲强度关系图
由图3-1可以看出，参杂量为3%的碳纳米管/环氧复合材料，在功率为100w的条件下，弯曲强度随时间发生变化在前6h，随着分散时间的增加，材料的弯曲强度有很大的提高，在6h时有最大值，提高的幅度达到了76%，此时纳米粒子在树脂体系中分散比较均匀；6h后，材料的弯曲强度反而随着时间的增加略有降低。由此可见，在分散功率为100w时，最佳的分散时间为6h。
这说明机械力分散和超声分散法共同作用能有效地分散纳米粉体，且在实验中的搅
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拌后的超声作用的最佳的超声时间约为6h。碳纳米管粒子的表面缺少邻近配位的的原子，具有很高的活性而使碳纳米管粒子很具有很高的活性而使纳米粒子很容易团聚，形成团聚体。这种纳米作用能物理意义上应是单位比表面积纳米粒子具有的吸附力，它是纳米粒子几个方面吸附的总和：纳米粒子间氢键、静电作用产生的吸附；纳米粒子间的量子隧道效应、电荷转移和界面原子的局部耦合产生的吸附；纳米粒子巨大的比表面产生的吸附。在6h之前，纳米团聚体根本来不及被分散，总体的分散效果并不理想；而随着搅拌时间的延长，纳米粒子进一步分散，更加均匀地分布在树脂之中，且在搅拌和超声作用下大一点的纳米团聚体也分散开来，粒子的平均粒度减小，较好的完成了粒子的均匀分散。纳米粒子的加入均使基体的弯曲强度得以提高，可能是由于无机粒子与环氧树脂发生物理或化学的结合，增强了界面粘结，因而纳米粒子可承担一定的载荷，使复合材料的弯曲强度增加。随着粒子的微细化，粒子的比表面积增大,填料与基体接触面积增大，相应的这种界面粘结也得到加强，相应的复合材料的弯曲强度提高。无机刚性粒子/聚合物复合材料相界面应当具有一定程度的界面粘结。对于碳纳米管/环氧树脂复合材料体系，由于表面存在不饱和的残键及不同键和状态的羧基，两者具有一定的相溶性。同时有报道可能解释是在机械搅拌下纳米粒子的特殊表面结构容易产生化学反应，形成有机化合物支链或保护层，使纳米粒子更易分散。时间进一步延长时，超过6h时纳米粒子分散基本趋于稳定，此后时间对分散效果影响不大，且可能由于时间过长会使环氧分子链断裂，产生降解，使复合材料层间剪切强度下降。别的原因使得纳米粒子再次有团聚发生的趋势，故超声时间不宜过长。
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