納米碳材料-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的性能研究.pdf

1、一維結(jié)構(gòu)的多壁碳納米管(MWCNTs)和二維結(jié)構(gòu)的石墨烯(Graphene)是納米碳材料中非常重要的兩種材料，被廣泛的應(yīng)用于復(fù)合材料的填料。但由于難以在聚合物基質(zhì)中良好的分散，并且與聚合物基質(zhì)的界面結(jié)合較弱，限制了它們在復(fù)合材料中的應(yīng)用?；诖?，本論文采用改進(jìn)的Hummers法制備氧化石墨烯(GO)并酸化處理MWCNTs，然后進(jìn)行表面功能化，在其表面接枝聚合物長鏈。提高了分散性以及與環(huán)氧樹脂的界面結(jié)合力。進(jìn)而通過溶劑共混法制備出功能化G

2、O/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、功能化MWCNTs/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和功能化(GO+MWCNTs)/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料，并探討了表面功能化對性能的影響。
　　 1、通過改進(jìn)的Hummers法制備具有單層結(jié)構(gòu)、表面含有大量含氧基團(tuán)（羥基、羰基、環(huán)氧基）的GO。GO的表面功能化分兩步:首先采用含有碳碳雙鍵的硅烷偶聯(lián)劑乙烯基三甲氧基硅烷(A171)對GO進(jìn)行了表面修飾，得到Si-GO;第二步通過溶液聚合在Si-GO表面接枝甲基丙烯酸(MAA)，得

3、到p-GO。紅外、熱失重結(jié)果表明已經(jīng)在GO表面接枝上了硅烷偶聯(lián)劑和MAA。BET吸附曲線表明GO的比表面積為326.7 m2/g，孔徑分布較均勻（大約3-5 nm）。XRD和掃描電鏡結(jié)果表明GO層與層之間已經(jīng)分開，具有較大的層間距為0.961 nm。分散性和動態(tài)接觸角測試中p-GO較好的親水性表明已經(jīng)在GO表面接枝上了含有羧基的聚合物長鏈。
　　 2、對MWCNTs進(jìn)行酸化處理，得到表面含有羧基、羥基的酸化MWCNTs。然后采用

4、與GO表面功能化相同的方法對其表面功能化，并制備功能化MWCNTs/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。紅外、熱失重和分散性測試結(jié)果表明已經(jīng)在MWCNTs接枝上了A171和MAA。TEM照片顯示相比于純MWCNTs，功能化MWCNTs分散均勻，其直徑增大了12.9 nm。這證明其外表面有一層聚合物包覆。
　　 3、功能化GO/EP復(fù)合材料的阻尼性能分析表明，隨著GO表面修飾的進(jìn)行，復(fù)合材料在常溫和高溫下的損耗模量和儲能模量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、阻尼因

5、子tanδ均有較大的提高。GO的表面功能化對復(fù)合材料阻尼性能有較大影響。力學(xué)性能測試表明，由于能夠提高分散性和界面結(jié)合強(qiáng)度，功能化GO能夠顯著的提高EP的力學(xué)性能。
　　 4、功能化MWCNTs/EP復(fù)合材料的阻尼性能結(jié)果表明，功能化的MWCNTs能夠顯著提高復(fù)合材料在高溫區(qū)的阻尼性能。不同含量功能化MWCNTs復(fù)合材料的阻尼性能說明，隨功能化MWCNTs加入量的提高，有效阻尼溫域和高性能阻尼溫域向高溫區(qū)移動。當(dāng)加入量為4％時，

6、相比于純EP，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了10.1℃，tanδ提高了52％。力學(xué)性能測試表明，p-MWCNTs/EP的彈性模量提高了60.47％，拉伸強(qiáng)度也提高了51.51％。比較Si-MWCNTs和p-MWCNTs的增強(qiáng)效果發(fā)現(xiàn)分散性和界面結(jié)合強(qiáng)度對力學(xué)性能有較大影響。
　　 5、功能化(GO+MWCNTs)/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的阻尼性能和力學(xué)性能測試表明，一維MWCNTs和二維GO在共混時由于相互隔離，能夠提高各自的分散性。它們之間的