摘要与传统的CF增强材料相比，CNTs／CF混杂多尺度增强体在提高复合材料横向力学性能，充分发挥CNTs和cF的优异性能，开发具有综合优异性能的先进复合材料方面具有显著优势。

目前该领域的研究尚处于起步阶段，几种常见的制备方法中化学气相沉积法尤其是等离子体化学气相沉积法获得的多尺度增强体的纳米结构在纤维表面均匀密布，具有广阔的发展前景和应Hj潜力。

总之，CNTs／CF制备工艺的进一步完善和其与树脂复合后的新型复合材料的性能研究有待深入探索。

引言碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)具有强度高、模量高、密度小、尺寸稳定等一系列优异性能，已器材等领域。

众所周知，复合材料的性能主要取决于纤维和树脂基体本身的力学性能、纤维的表面能、纤维与基体之间的界面粘结以及界面应力传递能力。

由于碳纤维(CF)表面为石墨乱层结构，纤维表面惰性大、表面能低，有化学活性的宫能}玎少，反应活性低，与基体的粘结性差，复合材料界面中存在较多的缺陷，界面粘结强度低，复合材料层间剪切强度(Interlaminar Sheafing Strength，ILSS)低。

另外，纤维复合材料是各向异性十分突出的材料，其优异的物理、力学性能都集中在纤维的轴向，而在复合材料的横向无纤维加强作用．复合材料耐冲击性能较差。

为改善纤维增强树脂基复合材料的性能，必须对纤维／树脂基体间的界面进行优化设计，同时改善树脂基体的性能指标。

纳米管(Carbon Nanotubes，CNTs)是由单层或多层石墨烯片围绕中心轴按一定的螺旋角卷绕而成的无缝、纳米级中空管体。

组成CNTs的c—C共价键是自然界巾很稳定的化学键，理论计算和实验表明CNTs具有极高的强度和极大的韧性¨1，理论估计其杨氏模量高达5TPa，实验测得平均为1．8TPa，弯曲强度为14．2GPa，抗拉强度为钢的100倍，密度仅为钢的1／6～l／7。

其直径在0．4—50nm之间，长度可达数微米至数毫米，因而具有很大的长径比，一般大于1000，是准一维的量子线，被看作复合材料增强体的终极形式，必将作为增强相而在复合材料中得到应用HJ。

CNTs主要由碳元素组成，与聚合物有相似的结构，尺寸在同一数量级上，可将CNTs看作一种单元素的聚合物，且CNTs表面原子约占50％以上，与聚合物之间的相互作用强，研究表明，CNTs与聚合物之间的应力传递能力至少是传统纤维增强复合材料的10倍以上¨J，同时CNTs还具有很好的韧性，能够承受40％的张力应变，而不会呈现膪I生行为、塑性变形或键断裂．可以提高基体材料的韧性。

6 J，因此可与聚合物复合制备高性能的复合材料。

将准一维纳米材料CNTs与传统连续纤维混合作为复合材料增强相，有望同时改善复合材料的界面性能和树脂基体的抗冲强度。

CNTs／CF作为多尺度增强材料，其方式主要有掺杂法、化学气相沉积法、混纺法及化学接枝法。

碳纳米管／碳纤维混杂多尺度增强体研究现状掺杂法掺杂法是将CNTs直接混合在树脂中，然后与连续CF复合，制备复合材料。

究了多壁碳纳米管(MWCNTs)／T300连续cF环氧树脂复合材料的力学性能，当基体中CNTs的含量为3％时复合材料的力学性能最佳，断裂强度为1780MPa，模量为164GPa。

国防科学技术大学采用表面修饰的MWCNTs和T700连续CF与CYD一128环氧树脂复合制备复合材料，力学性能测试表明。

复合材料的拉伸模量基本不变．拉伸强度和失稳应变分别提高7．6％和6．7％。

力学性能离散度显著降低，离散标准方差分别降低了14．5％和41．0％，层间剪切强度提高6．2％，离散标准方差降低了58．9％，压缩强度与压缩应变分别提高11．2％和15．8％，但压缩模量、压缩强度和压缩破坏应变的离散标准方差分别提高了55．6％、39．4和35．0％。

这是由于CNTs网络结构改善了基体性能，并在复合材料横向起到“缝合”作用，弥补了单向纤维增强体系的不足，降低了复合材料性能离散性。

而压缩损伤机制的复杂性和CNTs在基体中的团聚，导致压缩性能的离散性增加。

这种方法操作简易，但纳米材料极易团聚．获得的复合材料性能受CNTs在树脂基体中的分散程度影响较大，当ClOTs聚集在一起时，不仅明显降低了增强相的长径比，而且CNTs可从基体中滑脱出来，影响了复合材料的弹性。

也可以导致复合材料力学性能不能够提高。

化学气相沉积法化学气相沉积法是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应。

生成固态沉积物的材料经典合成方法。

以乙炔或甲烷为碳源，氮气或氩气惰性气体作为保护气体，氢气为载气，在金属催化剂(如铁、钴、镍等过渡金属元素)的作用下。

采用化学气相沉积法可以在cF表面直接生长CNTs”川。

E．T．Thostenson等”1将CF束在7000C真空条件下热处理，去除纤维表面的聚合物浆料，采用磁控溅射技术(Magnatron Sputtering)在cF束上溅射一层304不锈钢作为催化剂，在660。

C下通N，和H：混合气体将催化剂层转变为催化剂颗粒，然后停止通N：和H：混合气体，改通0．5h乙炔气体，即在cF表面得到一层CNTs。

以此作为复合材料的增强体。

可以获得多尺度增强体增强的复合材料。

断裂试验结果显示，材料的界面应力传递能力得到显著提高，这是因为增强体与基体的接触面积增大，CNTs与基体间的应力传递能力强，且两相间的物理作用加强。

采用热化学气相沉积法也可在石墨纤维表面合成CNTs”1。

首先在纤维表面涂覆一层铁纳米颗粒作为CNTs生长的催化剂，在常压下，控制温度在550—1000℃，气氛条件为甲烷(10％一100％)与氢气。

实验发现，当温度为650—800T：时可在石墨纤维表面生成顶端带有催化剂颗粒的Ch'Ts，生成的CNTs的类型取决于甲烷气体浓度的大小。

阵列MWCNTs可以通过注射化学气相沉积法制备”…．在不同的生长条件下用这种方法也可以在cF上获得不同形貌的CNTs。

通过化学气相沉积法将CNTs 接枝到IM7CF表面，比表面积可提高三倍，与甲基丙烯酸甲酯润湿性能显著提高。

其复合材料的界面剪切强度提高26％”“。

作为基材，cF可以为cF束、cF布、cF毡”“。

Yinodp．Veedu 在纤维布上直接生长CNTs，制备三维增强多功能复合材料，CNTs在复合材料厚度方向上起到增强作用。

同时极大地提高了复合材料层间断裂韧性、硬度、面内力学性能、冲击性能和热、电传导性，使复合材料具备多功能性，这种方法虽然可以改善材料的性能，但工艺条件、技术设备要求较高，而且会在界面引入金属催化剂杂质，影响到材料的界面粘结性能，且CNTs为沉积在CF表面而非以化学键方式连接，因此，复合材料界面性能提高幅度有限。

等离子体化学气相沉积法常用来制备一些常见的碳纳米结构材料，如CNTs”“、碳纳米片”“和金刚石薄膜”“等。

这种方法优点在于可以不使用金属催化剂，并且获得的碳纳米材料与底材之间为连续结构。

不存在构异质连接。

Fisher‘17 3采用微波等离子体化学气相沉积法在石墨纤维表面生长出花瓣状碳纳米片，以此作为复合材料的增强相，外向生长的碳纳米结构必将显著提高界面应力传递能力和复合材料的综合力学性能。

因此。

等离子体化学气相沉积法在CNTs／CF多尺度增强体材料制备方面具有巨大的应用潜力。

混纺法聚丙烯腈(PAN)纤维是制造cF最重要的原材料体系之一，实验表明，单壁碳纳米管(SWCNTs)增强沥青基cF可以显著提高纤维的力学性能，因此，研究人员尝试将CNTs与PAN 混合进行纺丝，经碳化制备CNTs／PAN复合纤维。

与PAN纤维相比，用PAN和含量为10wt％的SWCNTs通过溶液纺丝获得FAN／SWCNTs复合纤维的拉伸模量室温下可提高一倍，150。

C 时甚至可提高达1个数量级以上，且热收缩率和聚合物溶解性显著降低，玻璃化温度提高40℃。

这些现象说明PAN与SWCNTs之间存在相互作用。

拉曼光谱和X射线衍射结果明SWCNTs显示出比PAN更高的取向度。

拉伸断裂界面表明PAN纤维高度纤维化，而PANSWCNTs 复合纤维的纤维化程度随SWCNTs含量的增加而降低，在SWCNTs含量为10wt％时，PAN／SWCNTs复合纤维的断裂强度、模量和断裂应变分别提高了100％、160％和115％㈨。

化学接枝法化学接枝是CF复合材料界面改性的重要技术，一般是通过对cF表面氧化处理后在纤维表面引入含氧官能团(如一COOH、一OH等)，然后通过化学反应引入和树脂相容性较好的活性偶联剂分子，从而达到改善复合材料界面性能的目的。

经过酸处理的CNTs具有一定的化学活性。

可以与多胺等活性分子进一步反应，因此，CF表面化学接枝技术以及CNTs 的化学修饰使得通过化学接枝法制备CNTs／CF多尺度增强体成为可能。

在这个过程中，首先将CF及CNTs经强酸氧化而引入羧基，然后将羧基转化为活性更高的酰氯官能团H引或在CF表面吸附一层星形大分子ⅢJ，再将获得的CNTs与二胺反应，最后与经过处理的CF反应，从而实现CNTs与CF的化学键连接，获得CNTs／CF多尺度增强体，也可以直接通过CNTs、CF表面氧化引入的羧基、羰基、羟基或胺基问的酯化反应、酐化反应或胺化反应将CNTs以化学键连接方式引入到CF表面。

参考文献]郝元恺，肖加余．高性能复合材料学[M]．北京：化学工业出版社，2004．J．[2]郭建君。

孙晋良。

任慕苏，白瑞成．TDE-85／AG-80环氧树脂基复合材料微观形貌与力学性能分析[J]．玻璃钢／复合材料，2010，(1)：49-52．[3]王静荣．澍华清．溶液共混法制备聚氯酯／碳纳米管复合材料及其性能【J]．玻璃钢／复合材料，2009，(6)：35-38．《课程名称》课程论文题目：碳纳米管／碳纤维混杂多尺度增强体研究现状学生姓名：xxx学号：2xxxx34专业班级： xxxx学院：xx工程学院201x年x月1x日。