片狀石墨納米復(fù)合材料磁致取向控制與氣體阻隔性能研究.pdf

1、復(fù)合材料壓力容器的無內(nèi)襯設(shè)計(jì)可以有效的提高結(jié)構(gòu)效率,實(shí)現(xiàn)減重,然而采用無內(nèi)襯設(shè)計(jì)的同時(shí)會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料壓力容器的氣密性降低,氣體滲漏嚴(yán)重制約著無內(nèi)襯復(fù)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(chǎng)誘導(dǎo)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(fù)合材料,并揭示其氣體阻隔機(jī)制,從而為無內(nèi)襯復(fù)合材料壓力容器的研制提供技術(shù)支撐。
　　首先,以天然鱗片石墨為原料,采用改進(jìn)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(duì)制備過程進(jìn)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(tuán)。采用濕化學(xué)共沉淀法在片狀納米石墨表面原位生長(zhǎng)Fe3O4納米粒子對(duì)片狀納米石墨進(jìn)行復(fù)合磁改性。采用SEM、傅里葉紅外光譜(FTIR)和XRD對(duì)產(chǎn)物進(jìn)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(hù)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(duì)磁改性片狀納米石墨的VSM(振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì))分析表明其具有良好的磁響應(yīng)性。
　　其次,通過分析磁性片狀粒子代表單元在磁場(chǎng)條件下的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并代入磁改性片狀納米石墨的相關(guān)參數(shù),采用波爾茲曼統(tǒng)計(jì)計(jì)算出磁改性片狀納米石墨取向所需的理論磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)下旋轉(zhuǎn)固化,制備片狀納米石墨有序復(fù)合材料。采用SEM、XRD對(duì)產(chǎn)物進(jìn)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(duì)幾種不同含量的片狀納米石墨無序增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行氦漏率測(cè)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(duì)片狀納米石墨有序增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行氦漏率測(cè)試,結(jié)果表明片狀納米石墨沿垂直于氣體擴(kuò)散方向排列后,能有效的降低無序