碳納米管與石墨烯增強環(huán)氧樹脂復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)異的力學特性、良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性,可用作復合材料增強體,有著廣闊的應用前景。但是碳管易發(fā)生團聚,與聚合物基體中界面結合力弱,使其在聚合物復合材料中的增強效果受到制約。為了改善碳管的分散性,提高碳管與基體間的界面結合力,我們對多壁碳納米管(MWCNTs)分別進行共價、非共價和混雜功能化改性,然后采用溶液共混法,將三種功能化類型的MWCNTs按不同質量分數(shù)分別加入環(huán)氧樹脂(EP)以制備MWCN

2、Ts/EP復合材料。通過拉伸試驗和熱重分析,研究MWCNTs的功能化類型及含量對復合材料力學性能和熱學性能的影響,并對復合材料拉伸試件斷面進行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、電學和熱學性能,其楊氏模量和拉伸強度可與碳納米管相媲美。由于尺寸所限,目前文獻中所報道的石墨烯納米復合材料大都屬于功能復合材料領域。隨著大尺寸石墨烯材料制備方法的出現(xiàn),使得石墨烯

3、納米復合材料有可能應用于結構工程領域。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按不同質量分數(shù)分別加入環(huán)氧樹脂(EP)以制備Graphene/MWCNTs/EP復合材料。通過拉伸試驗和復合材料斷面SEM觀察,研究石墨烯在聚合物基體中的含量、大小對復合材料力學性能的影響,探索石墨烯納米復合材料成為

4、未來高性能結構材料的可能性和制備方法。
　　主要結果如下:
　　(1)與共價功能化復合材料(MWCNTs-Epon828/EP)和非共價功能化復合材料(MWCNTs-PPA/EP)相比,混雜功能化復合材料(MWCNTs-Epon828-PPA/EP)的力學性能和熱學性能最佳。當MWCNTs質量分數(shù)為0.3％時,其拉伸強度、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構,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)當石墨烯和MWCNTs總共占EP的質量分數(shù)為為0.1%時,Graphene/MWCNTs-Epon828/EP復合材料的拉伸強度達最大值,拉伸強度、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合材料中力學性能最好的。與單純添加功能化碳納米管的復合材料相比,添加了