聚苯胺修飾三維碳基導(dǎo)電填料-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料電導(dǎo)與力學(xué)性能.pdf

1、近年來，樹脂基復(fù)合材料具有成型性好、可設(shè)計(jì)性自由度高、高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，引起了導(dǎo)電研究領(lǐng)域的新熱潮。但傳統(tǒng)的導(dǎo)電填料包括各種金屬粉末、金屬纖維、金屬鹽等金屬材料以及石墨、炭黑、碳纖維、石墨烯等碳材料，它們通常以二維狀態(tài)填充在樹脂基體中，直接混合得到的導(dǎo)電樹脂基復(fù)合材料存在導(dǎo)電填料分散困難、無序化排列、密度大以及與樹脂基體界面相容性差等問題，導(dǎo)致復(fù)合材料無法兼顧導(dǎo)電和力學(xué)性能的協(xié)同提高，制約了導(dǎo)電樹脂基復(fù)合材料的發(fā)展。針

2、對上述問題，本課題提出將輕質(zhì)、多孔三維石墨烯結(jié)構(gòu)體和碳纖維紙分別作為導(dǎo)電填料，并利用聚苯胺對其表面進(jìn)行改性處理，采用樹脂傳遞模塑(RTM)和真空輔助成型方法制備環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料。通過研究改性前后導(dǎo)電填料的微觀形貌和化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，探究其與環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)之間的構(gòu)效關(guān)系。探究改性前后的導(dǎo)電填料與環(huán)氧樹脂間的界面微區(qū)機(jī)理。本課題的主要研究內(nèi)容包括以下方面:
　　(1)構(gòu)建三維石墨烯結(jié)構(gòu)體，經(jīng)熱處理得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且具備導(dǎo)電

3、性的三維石墨烯結(jié)構(gòu)體，成為本課題研究的第一種導(dǎo)電填料。輕質(zhì)、多孔、優(yōu)異導(dǎo)電性的碳纖維紙是本課題研究的第二種導(dǎo)電填料。
　　(2)對于三維石墨烯結(jié)構(gòu)體，采用化學(xué)聚合法在孔壁表面聚合聚苯胺，分析改性前后的三維石墨烯結(jié)構(gòu)體微觀結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)換;對于碳紙，采用電聚合法并調(diào)控聚合時(shí)間在碳紙的表面聚合聚苯胺，分析改性前后碳紙微觀結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明，化學(xué)聚合法制備的聚苯胺是以幾百納米的小顆粒堆積的層狀結(jié)構(gòu)附著在三維石墨烯結(jié)構(gòu)體的孔壁表面;電聚合

4、制備的聚苯胺是以纖維網(wǎng)的形式纏裹在碳纖維表面。
　　(3)采用RTM和真空輔助成型技術(shù)制備環(huán)氧基復(fù)合材料，對比改性前后復(fù)合材料在導(dǎo)電和力學(xué)方面的變化。結(jié)果指出，樹脂傳遞模塑工藝制備的三維石墨烯/環(huán)氧基復(fù)合材料，改性后的復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能最佳。真空輔助工藝制備的碳紙/環(huán)氧基復(fù)合材料，隨著聚合時(shí)間的延長，復(fù)合材料的導(dǎo)電和力學(xué)性能逐漸加強(qiáng)，當(dāng)聚合時(shí)間達(dá)到10min時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)。
　　(4)采用FESEM及附帶的EDS、接觸