氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料制备和性能研究

摘要

氧化石墨烯(GO)是在制备石墨烯(graphene)过程中产生的一种重要的石墨烯衍生物,由于氧化石墨烯表面含有大量的含氧官能团,使得氧化石墨烯具有优异的可加工性能和溶解性,可以在水相体系中较好地分散,与聚合物形成良好界面结合,因此,氧化石墨烯具有广泛的应用前景。本文利用自行合成的氧化石墨(graphite oxide),通过超声分散制备分散性良好的氧化石墨烯(GO),对其结构进行表征;通过原位聚合法制备GO/酚醛树脂(PF)原位聚合树脂,研究GO的加入对GO/PF原位聚合树脂形态结构的影响;采用辊炼、模压方法,制备GO/PF原位复合材料,研究GO的加入对GO/PF原位复合材料结构与性能的影响。主要结果如下:
　　(1)利用改良的Hummers法合成氧化石墨(graphite oxide),通过超声分散制备分散性良好的氧化石墨烯(GO)。采用FT-IR、TGA、WAXD和TEM等表征手段表征GO的结构和性能。结果表明,制备的氧化石墨含有丰富的含氧官能团,如:羟基(-OH)、羧基(-COOH)、环氧基(-C-O-C-);通过超声分散制备的GO化学结构完整,热性能稳定。AFM、TEM结果表明,制备的GO具有单片层结构,单层厚度为0.7nm~1.1nm左右,横向尺寸在300nm~1200nm之间。
　　(2)通过原位聚合法合成了GO/PF原位聚合树脂。采用DSC、WAXD、TGA等手段研究GO/PF原位聚合树脂的形态和热性能。结果表明,GO和酚醛树脂具有良好的相容性,GO的含氧官能团与酚醛树脂之间产生较大的相互作用,提高了GO/PF原位聚合树脂的的热性能。当GO含量为1％时,GO/PF原位聚合树脂的初始热分解温度提高了55.8℃。
　　(3)分别采用原位聚合、物理共混合球磨分散法制备GO/PF复合材料,研究GO的不同加入方式对GO/PF复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响。结果表明,通过原位聚合,GO/PF复合材料的冲击强度提高了18.6%,Tg提高了6.9℃;通过球磨分散法,GO/PF复合材料的Tg提高了7.9℃,蠕变和应力松弛性能分别提高了64.7%和58.6%,表明GO的加入方式对GO/PF复合材料的结构和性能具有较大的影响。
　　(4)制备了不同含量的GO/PF原位复合材料,研究GO的含量对GO/PF原位复合材料的力学性能、动态力学性能、摩擦性能的影响。结果表明,当GO含量为0.5%时,复合材料的储能模量比纯PF复合材料提高了78.3%,Tg提高了8.9℃。当GO含量为0.25%时,GO/PF原位复合材料的冲击强度提高18.6%;在250℃和300℃下,相比未加入GO的复合材料,GO/PF原位复合材料的体积磨损率分别降低了20%和15.6%。GO/PF原位复合材料的蠕变和应力松弛性能也得到明显改善。
　　(5)采用熔融挤出法将自行合成的热致性液晶聚合物(TLCP)与PF熔融挤出,加入GO和硅烷偶联剂KH550改性GO(KH550-GO)、KH560改性GO(KH560-GO),制备了GO/TLCP/PF混杂复合材料,研究GO的加入对GO/TLCP/PF混杂复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响。研究表明,加入KH560改性的GO,复合材料的冲击强度较TLCP/PF复合材料提高了25.6%,储能模量比TLCP/PF复合材料提高了28.1%。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2石墨烯的简介及研究现状

1.3氧化石墨烯的简介及研究现状

1.4 酚醛树脂

1.5本论文研究的目的、意义及研究内容

第2章 氧化石墨烯的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 氧化石墨烯/酚醛树脂原位纳米聚合树脂的合成、结构及性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 GO加入方式对氧化石墨烯/酚醛树脂复合材料性能的影响

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的制备及性能

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第6章 氧化石墨烯/热致性液晶/酚醛树脂混杂复合材料的制备及性能

6.1 引言

6.3 结果与讨论

6.4 本章小结

第7章 全文总结

参考文献

个人简历

致谢