石墨烯輻照修飾及其增韌碳纖維-環(huán)氧復合材料界面機制研究.pdf

1、碳纖維增強聚合物基復合材料因輕質(zhì)、高比強度和高比剛度等優(yōu)點，被廣泛地應用于航空航天、石油化工、高速列車等領域。然而，弱界面性能一直制約著它們的發(fā)展。目前，將碳納米材料引入到復合材料界面相中來提高界面性能成為該領域焦點。本文以碳纖維/環(huán)氧復合材料為研究對象，將石墨烯及功能化石墨烯引至界面相中，提高復合材料界面性能，并研究復合材料界面性能的增強機制。
　　論文首先采用氧化還原法制備石墨烯，過量氧化劑的加入提高了氧化石墨(GO)的氧化程

2、度，增加了GO的層間距。然而充分的氧化使其難以被化學試劑徹底還原，且產(chǎn)物團聚嚴重。而熱剝離法則在保證GO充分還原成為熱剝離石墨烯(EG)的同時，減少了團聚。而后，本文采取γ射線輻照對GO以及EG進行改性，以制備功能化的石墨烯來提高其在復合材料中的適用性。在空氣中輻照后，GO的層間距增大為原來的兩倍，而水中輻照則將GO部分還原。介質(zhì)為苯乙烯時，由于苯乙烯對GO的插層以及在GO表面的接枝、生長，GO被直接剝離成為聚苯乙烯功能化的石墨烯片。對

3、環(huán)氧樹脂和酸酐中的EG進行y射線輻照處理后發(fā)現(xiàn)，EG的表面接枝上了環(huán)氧及羰基等官能團。除γ射線外，本文還采用電子束輻照對GO及石墨烯進行結構調(diào)控，但電子束對GO及石墨烯的改性效果不及γ輻照。
　　論文分別將EG、氧化石墨烯及功能化石墨烯引入到復合材料界面相中制備多尺度復合材料，并評價其界面性能。當引入EG含量為1wt％時，復合材料獲得了相對最大的層間剪切強度(ILSS)，較未引入石墨烯的復合材料提高了28.3％。相對于EG，功能化

4、石墨烯在提高界面性能方面并不具備優(yōu)勢，而氧化石墨烯則由于與環(huán)氧樹脂的相溶性差，反而降低了復合材料的界面性能。為了明確EG以及功能化石墨烯對復合材料的增韌機理，論文分別以含有EG以及功能化石墨烯的復合材料為研究對象，通過掃描電鏡元素分析中的線掃描以及力調(diào)制原子力顯微鏡對界面相結構進行分析。對于EG增韌的復合材料，由于樹脂注入過程中EG在樹脂中的逐漸分散，復合材料的界面相中形成了一個模量從碳纖維到樹脂基體逐漸降低的梯度界面層，使得復合材料在