纳米填料/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备及其性能的研究

摘要

纳米填料对于实现聚合物纳米复合材料的多功能化和高性能具有至关重要的作用，但是限制纳米填料对聚合物基体增强效果的一个主要瓶颈就是纳米填料弱的分散性。纳米填料弱的分散性会削弱填料与基体的界面结合力，降低纳米复合材料的性能。因此，寻找能够实现纳米填料在聚合物基体上均匀分散的方法成为了研究重点。本文基于溶剂热法和原位聚合法在3D石墨烯网络结构的帮助下来实现纳米填料在酚醛树脂基体上的均匀分散。　　在无水乙醇和去离子水的混合分散介质下通过溶剂热法制备出了纳米金刚石（NDs）/3D石墨烯复合水凝胶，实现了NDs在3D石墨烯水凝胶的均匀分散。研究发现无水乙醇的添加不仅能够提高混合分散液的稳定性，也能够提高NDs在3D石墨烯水凝胶的嵌入量。通过原位聚合法制备出了NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料，3D石墨烯网络和均匀分散的NDs仍被非常好的保存在了此三元纳米复合材料中，获得的三元纳米复合材料展现出了高的显微硬度和压缩强度，比NDs/酚醛树脂纳米复合材料分别提升了31%和25%。并且此三元纳米复合材料展现出了良好的磨削性能，能够减少被抛光表面的划痕和凹坑。　　基于溶剂热法在混合分散介质（无水乙醇和去离子水）下制备出了纳米Al2O3/3D石墨烯复合水凝胶，实现了纳米Al2O3在3D石墨烯网络中的均匀分散。并且发现无水乙醇的添加不仅能够提高混合分散液的稳定性，也能够提高纳米Al2O3 在 3D 石墨烯水凝胶的嵌入量。而后通过原位聚合法成功制备出了纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料，借助3D石墨烯网络结构实现了纳米Al2O3粒子在纳米复合材料中均匀分散，此三元纳米复合材料拥有一个良好的机械性能，在显微硬度和压缩强度上比纳米Al2O3/酚醛树脂纳米复合材料增加了35%和32%。而且此三元纳米复合材料能够提高抛光的表面质量，减少划痕和凹坑的产生。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 纳米填料简介

1.1.1 纳米金刚石简介

1.1.2 纳米氧化铝简介

1.2 石墨烯及其衍生物简介

1.2.1 石墨烯简介

1.2.2 氧化石墨烯简介

1.3 酚醛树脂简介

1.3.1 热塑性酚醛树脂简介

1.3.2 热固性酚醛树脂简介

1.4 聚合物纳米复合材料简介

1.5 超精密磨削技术简介

1.6 本课题的研究意义和内容

第2章 实验原料及研究方法

2.1 实验原料及试剂

2.2 实验相关设备

2.3三元纳米复合材料的制备过程简介

2.3.1 水热法、溶剂热法和原位聚合法

2.3.2 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备

2.3.3 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备

2.4 材料的表征及相关仪器设备

2.4.1 马尔文Zeta电位测试仪

2.4.2 显气孔率容重测试仪

2.4.3 X射线衍射

2.4.4 扫面电子显微镜

2.5 机械性能测试的相关设备及方法

2.5.1 单盘台式磨抛机

2.5.2 显微硬度计

2.5.3 万能试验机

2.6 本章小结

第3章 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备及其性能的研究

3.1 NDs/3D石墨烯复合水凝胶

3.1.1 NDs/3D石墨烯复合水凝胶的制备

3.1.2 无水乙醇作用机理的探究

3.1.3 NDs/3D石墨烯复合水凝胶的结构形貌表征

3.2 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料

3.2.1 原位聚合法制备NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料

3.2.2 预固化温度对NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的影响

3.2.3 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料形貌表征分析

3.2.4 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料密度和气孔率

3.3 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的力学性能

3.3.1 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂的显微硬度和压缩强度分析

3.3.2 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元复合材料的应力应变曲线分析

3.4 NDs/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的磨削性能

3.5 本章小结

第4章 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备及其性能的研究

4.1 纳米Al2O3/3D石墨烯复合水凝胶

4.1.1溶剂热法制备纳米Al2O3/3D石墨烯复合水凝胶

4.1.2无水乙醇对3D石墨烯复合水凝胶分散纳米Al2O3的影响

4.1.3 纳米Al2O3/3D石墨烯复合水凝胶的结构与形貌分析

4.2 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料

4.2.1 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的制备

4.2.2 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的形貌表征

4.2.3 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料密度和气孔率

4.2.4 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的力学性能

4.3 纳米Al2O3/3D石墨烯/酚醛树脂三元纳米复合材料的磨削性能

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要研究成果

致谢