氧化石墨烯对碳纤维表面修饰及其树脂基复合材料性能

来源 :济南大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hefner
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本文通过改进的Hummers方法成功制备了氧化石墨烯(GO)水性悬浮液,并分别通过环氧树脂乳液上浆剂、Pickering乳液上浆剂、环氧水溶性上浆剂以及物理沉积工艺对碳纤维(CF)表面进行修饰,提高CF及其复合材料性能。采用离心分离法制备的不同尺寸GO片层,分别添加到环氧乳液型上浆剂中,并对CF进行上浆处理,结果表明:大片层GO(GOl)在CF表面不能均匀分布,导致CF的后加工性能较差;小片层GO(GOs)在CF表面能够均匀有序的分布,GOs-CF具有较好的后加工性能。GOs-CF增强的环氧基复合材料层间剪切强度最大值达到47.5 MPa,与GOl-CF、GO0-CF和除浆CF增强的环氧基复合材料相比分别增加了14.9%、21.8%和39.5%。以环氧树脂为主浆料,GO与表面活性剂共同作为乳化剂,通过转相乳化法制备了GO稳定的Pickering乳液,结果表明:辛烷基苯酚聚氧乙烯醚、失水山梨醇单油酸脂和十二烷基苯磺酸钠(总质量分数为主浆料的5%)质量比为65:25:10、小尺寸GO质量分数为主浆料的0.3%、pH为6、搅拌速率8500 r/min时,制备得到的Pickering乳液稳定性最好。用Pickering乳液上浆剂对CF进行上浆,结果显示GO片均匀附着在CF表面,CF增强环氧树脂复合材料层间剪切强度值为44.67 MPa,分别比普通环氧乳液上浆和除浆的CF增强环氧树脂复合材料增加了11.26%和31.19%,复合材料断裂面上CF与基体树脂之间结合密实、无孔洞、拔出的纤维较少,复合材料界面性能得到了显著改善。采用二乙醇胺作为改性剂对环氧树脂进行亲水化改性,并作为上浆剂成膜剂用来制备水溶性上浆剂。向制备的环氧水溶性上浆剂里加入GO,对CF进行上浆后制备CF增强的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)复合材料,探讨不同质量分数的GO对CF及CF/ABS复合材料性能的影响。结果表明:GO可以在CF表面均匀分布,单丝拉伸强度较高,复合材料层间剪切性能可达到30.57 MPa,比无GO改性处理的CF/ABS复合材料提高了22.6%。通过物理沉积方法使短切CF(SCF)表面附着GO,并用挤出共混与注塑工艺制备SCF增强聚丙烯(PP)复合材料,结果表明:GO含量对复合材料的拉伸和弯曲强度影响不大;当GO的添加量为0.5 wt%时,其在SCF表面分布均匀且不发生聚集,能够显著提高纳米复合材料的耐冲击强度。另外,GO0.5-SCF/GO0.5-PP复合材料具有最高的弯曲、拉伸和耐冲击强度,相比于SCF/PP分别增加了32.76%、31.07%和94.08%。由X射线衍射图谱分析可知,直接加入PP树脂中的GO对PP结晶性能没有影响,而在SCF表面的GO可以作为β成核剂影响PP的晶体结构,同时冷却和加热曲线显示GO0.5-SCF/GO0.5-PP复合材料具有最高的结晶温度和熔化温度。
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