本文關(guān)鍵詞：石墨烯(碳納米管—連續(xù)碳纖維)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料力學(xué)及吸波性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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石墨烯(碳納米管—連續(xù)碳纖維)增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料力學(xué)及吸波性能研究

字體大�。� | | 2016-02-21 16:34

 【摘要】：由于石墨烯獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)及熱學(xué)性能,基于石墨烯的功能型與結(jié)構(gòu)型納米復(fù)合材料成為了石墨烯諸多應(yīng)用研究中的重要組成部分。通過(guò)對(duì)石墨烯進(jìn)行改性處理,不僅可以提高其在環(huán)氧樹(shù)脂基體中的分散性,同時(shí)也有助于石墨烯與環(huán)氧樹(shù)脂基體間建立更緊密的聯(lián)結(jié)。通過(guò)多維雜化的方法,在石墨烯基復(fù)合材料中加入一維碳納米管,利用兩種不同維度納米填料間的協(xié)同效應(yīng)及復(fù)合效應(yīng),能夠有效改善碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料的綜合性能。此外,利用石墨烯的高介電損耗與羰基鐵粉的高磁導(dǎo)率,將二者加入到環(huán)氧樹(shù)脂基體中,有望使材料在獲得高損耗特性的同時(shí)滿足阻抗匹配設(shè)計(jì),得到吸波性能更優(yōu)異的復(fù)合材料,滿足理想吸波材料所要求的寬頻、強(qiáng)吸收、薄、輕、低密度、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。1.采用化學(xué)氧化-熱膨脹還原-超聲剝離的方法制備了石墨烯納米片,通過(guò)調(diào)節(jié)超聲剝離時(shí)間,制備了三種不同剝離程度的石墨烯。研究了超聲剝離時(shí)間對(duì)石墨烯的最終結(jié)構(gòu)形貌與力學(xué)性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),超聲15h以后的石墨烯片層之間連結(jié)變?nèi)?得到剝離程度更高且分散性更佳的石墨烯納米片(GNS)。2.為了提高石墨烯的在環(huán)氧樹(shù)脂中的反應(yīng)活性,通過(guò)氨水與雙氧水的共同作用,氨水能夠與石墨烯邊緣的羧基官能團(tuán)發(fā)生親核取代反應(yīng)生成-NH2基,對(duì)改性后的石墨烯(AMGNS)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)形貌表征并研究了其含量對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂力學(xué)性能、導(dǎo)熱性能以及吸波性能的影響。結(jié)果表明,當(dāng)AMGNS含量為0.1 wt%時(shí),AMGNS/EP納米復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度與沖擊強(qiáng)度分別達(dá)到最大值135.58 MPa與21.02 KJ·m-2,相比EP分別提高了94.4%與34.3%。當(dāng)AMGNS含量為0.5 wt%時(shí),AMGNS/EP納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到最大值67.28 MPa與141.4℃,相比純環(huán)氧樹(shù)脂分別提高了27.8%與5.74%。當(dāng)AMGNS含量為1.0 wt%時(shí),AMGNS/EP納米復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到最大值0.289 W·m-·K-1,相比EP提高了約21.9%。當(dāng)AMGNS含量為3.0 wt%時(shí),AMGNS/EP納米復(fù)合材料的最大吸收峰值可以達(dá)到-36.05 dB,對(duì)應(yīng)厚度為2.4 mm,其中-10 dB的吸收頻寬為10.83-18.00 GHz。3.制備并研究了氨改性石墨烯對(duì)連續(xù)碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料(AMGNS-CF/EP)的力學(xué)性能與界面行為的影響。結(jié)果表明,當(dāng)AMGNS含量為0.3 wt%時(shí),AMGNS-CF/EP單向復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度與彎曲模量分別達(dá)到最大值1490.9 MPa與135.86 GPa,相比碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂單向復(fù)合材料(CFEP)分別提高了10.4%與7.04%。當(dāng)AMGNS含量為0.5wt%時(shí),AMGNS-CF/EP單向復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分別達(dá)到最大值86.80 MPa與129.53℃,相比CFEP單向復(fù)合材料分別提高了8.76%與9.62%。4.為了進(jìn)一步降低石墨烯在環(huán)氧樹(shù)脂基體中的團(tuán)聚并提高復(fù)合材料的綜合性能,通過(guò)加入一維的碳納米管,利用協(xié)同作用與復(fù)合效應(yīng)制備了氨改性石墨烯-碳納米管／環(huán)氧樹(shù)脂(AMGNS-MWCNT/EP)納米復(fù)合材料。結(jié)果表明,當(dāng)AMGNS與MWCNT在環(huán)氧樹(shù)脂中各占1.0 wt%時(shí),AMGNS-MWCNT/EP納米復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度與彎曲強(qiáng)度分別達(dá)到最大值63.53 MPa與108.47 MPa,相比純環(huán)氧樹(shù)脂分別提高了20.7%與55.5%。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),二元填料AMGNS-MWCNT能夠大幅度提高碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的彎曲性能與界面性能。當(dāng)AMGNS與MWCNT在環(huán)氧樹(shù)脂中各占0.5 wt%時(shí),AMGNS-MWCNT/CFEP單向復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度、彎曲模量與層間剪切強(qiáng)度分別達(dá)到最大值1520.3 MPa、138.88 GPa與87.80 MPa,相比CFEP單向復(fù)合材料分別提高了12.5%、9.42%與10.1%。5.采用溶液共混法制備了石墨烯/羰基鐵粉(CIP)復(fù)合吸波材料(AMGNS-CIP/paraffin),以石蠟(paraffin)為基體,研究了氨改性石墨烯對(duì)羰基鐵粉的電磁參數(shù)的影響。結(jié)果表明,當(dāng)AMGNS含量為1.0 wt%時(shí),AMGNS-CIP/paraffin納米復(fù)合材料的最大吸收峰值為-21.7 dB,其對(duì)應(yīng)厚度為4.0 mm,其中-10 dB的吸收頻寬為2.43-4.00 GHz。進(jìn)一步考察了氨改性石墨烯/羰基鐵粉復(fù)合吸波材料在環(huán)氧樹(shù)脂基體(AMGNS-CIP/EP)中的吸波性能。結(jié)果表明,將導(dǎo)電損耗型吸波材料石墨烯與磁損耗型吸波材料羰基鐵粉制成的復(fù)合吸波材料在環(huán)氧樹(shù)脂里具有更優(yōu)秀的吸波性能。當(dāng)AMGNS含量為3.0 wt%時(shí),AMGNS-CIP/EP納米復(fù)合材料的最大吸收峰值為-36.82 dB,其對(duì)應(yīng)厚度為1.9 mm,其中-10dB的吸收頻寬為11.35-17.83 GHz。

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