碳納米管與石墨烯增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)具有極大的長徑比、優(yōu)異的力學(xué)特性、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,可用作復(fù)合材料增強(qiáng)體,有著廣闊的應(yīng)用前景。但是碳管易發(fā)生團(tuán)聚,與聚合物基體中界面結(jié)合力弱,使其在聚合物復(fù)合材料中的增強(qiáng)效果受到制約。為了改善碳管的分散性,提高碳管與基體間的界面結(jié)合力,我們對(duì)多壁碳納米管(MWCNTs)分別進(jìn)行共價(jià)、非共價(jià)和混雜功能化改性,然后采用溶液共混法,將三種功能化類型的MWCNTs按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別加入環(huán)氧樹脂(EP)以制備MWCN

2、Ts/EP復(fù)合材料。通過拉伸試驗(yàn)和熱重分析,研究MWCNTs的功能化類型及含量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能和熱學(xué)性能的影響,并對(duì)復(fù)合材料拉伸試件斷面進(jìn)行SEM觀察分析。
　　本文中石墨烯(Graphene)是指單層或有限層的石墨晶體,它具有高的比表面積,優(yōu)異的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)性能,其楊氏模量和拉伸強(qiáng)度可與碳納米管相媲美。由于尺寸所限,目前文獻(xiàn)中所報(bào)道的石墨烯納米復(fù)合材料大都屬于功能復(fù)合材料領(lǐng)域。隨著大尺寸石墨烯材料制備方法的出現(xiàn),使得石墨烯

3、納米復(fù)合材料有可能應(yīng)用于結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。本文先以天然鱗片石墨為原料制備氧化石墨,再在去離子水中利用超聲分散將氧化石墨剝片制得氧化石墨烯,最后在水合肼的作用下攪拌一周,制得較大尺寸的石墨烯。采用溶液共混法,將石墨烯和MWCNTs按不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別加入環(huán)氧樹脂(EP)以制備Graphene/MWCNTs/EP復(fù)合材料。通過拉伸試驗(yàn)和復(fù)合材料斷面SEM觀察,研究石墨烯在聚合物基體中的含量、大小對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響,探索石墨烯納米復(fù)合材料成為

4、未來高性能結(jié)構(gòu)材料的可能性和制備方法。
　　主要結(jié)果如下:
　　(1)與共價(jià)功能化復(fù)合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共價(jià)功能化復(fù)合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比,混雜功能化復(fù)合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力學(xué)性能和熱學(xué)性能最佳。當(dāng)MWCNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3％時(shí),其拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率比純EP分別提高30%,62%和26%。
　　(2)從石墨烯的SEM和TEM圖

5、像可以看出,本文制得的石墨烯為表面皺褶的片層結(jié)構(gòu),層數(shù)約為3～5層。石墨烯片層尺寸一般在15μm×20μm大小,分散較好。
　　(3)當(dāng)石墨烯和MWCNTs總共占EP的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為為0.1%時(shí),Graphene/MWCNTs-Epon828/EP復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度達(dá)最大值,拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率分別比純EP增加了35%、65%和34%,是目前本文所制得的復(fù)合材料中力學(xué)性能最好的。與單純添加功能化碳納米管的復(fù)合材料相比,添加了