片狀石墨納米復合材料磁致取向控制與氣體阻隔性能研究.pdf

1、復合材料壓力容器的無內(nèi)襯設計可以有效的提高結(jié)構(gòu)效率,實現(xiàn)減重,然而采用無內(nèi)襯設計的同時會導致復合材料壓力容器的氣密性降低,氣體滲漏嚴重制約著無內(nèi)襯復合材料壓力容器的研制和發(fā)展。本文基于貝殼結(jié)構(gòu)的仿生原理,通過磁場誘導磁改性后的片狀納米石墨取向排列,制備出具有貝殼結(jié)構(gòu)的有序納米復合材料,并揭示其氣體阻隔機制,從而為無內(nèi)襯復合材料壓力容器的研制提供技術支撐。
　　首先,以天然鱗片石墨為原料,采用改進Hummer法制備片狀納米石墨。采用

2、SEM、傅里葉紅外光譜(FTIR)和XRD對制備過程進行跟蹤分析,結(jié)果表明片狀納米石墨的厚度為30-80nm、直徑為0.5-20μm,徑厚比為100-500,仍保持著石墨的層狀結(jié)構(gòu),且表面不存在含氧基團。采用濕化學共沉淀法在片狀納米石墨表面原位生長Fe3O4納米粒子對片狀納米石墨進行復合磁改性。采用SEM、傅里葉紅外光譜(FTIR)和XRD對產(chǎn)物進行分析,結(jié)果表明在晶化溫度為30℃,n(Fe2+/Fe3+)=1:2,氨水濃度為0.76％

3、,轉(zhuǎn)速為1000rpm,且通N2保護的條件下,片狀納米石墨表面沉積生成了粒徑約為30nm的單一物相α-Fe3O4納米粒子。對磁改性片狀納米石墨的VSM(振動樣品磁強計)分析表明其具有良好的磁響應性。
　　其次,通過分析磁性片狀粒子代表單元在磁場條件下的受力情況和運動狀態(tài),并代入磁改性片狀納米石墨的相關參數(shù),采用波爾茲曼統(tǒng)計計算出磁改性片狀納米石墨取向所需的理論磁場強度H。采用溶液混合法將片狀納米石墨分散在環(huán)氧樹脂基體中,將混合體系

4、置于一維靜態(tài)磁場下旋轉(zhuǎn)固化,制備片狀納米石墨有序復合材料。采用SEM、XRD對產(chǎn)物進行表征,結(jié)果表明樹脂基體中的片狀納米石墨沿水平方向定向排列。
　　最后,對幾種不同含量的片狀納米石墨無序增強復合材料進行氦漏率測試,結(jié)果表明隨著片狀納米石墨含量的增加,氦漏率值逐漸降低。但單位含量的片狀納米石墨引起的氦漏率的降低值逐漸減小。對片狀納米石墨有序增強復合材料進行氦漏率測試,結(jié)果表明片狀納米石墨沿垂直于氣體擴散方向排列后,能有效的降低無序