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环氧树脂因具有优异的粘接性能和力学性能等而被广泛应用,但其耐热性较差、脆性大等缺陷限制了其在高性能领域中的应用。石墨烯是一种新型的二维碳纳米材料,具有许多独特的理化性质,被研究者们认为具有很大的开发潜力和良好的应用前景。特别是石墨烯具有优异的力学性能,可作为增强材料添加到聚合物基体中,从而提升聚合物材料的综合力学性能。本文以天然鳞片石墨为原料,通过插层氧化法制备出了氧化石墨,将氧化石墨通过微波热解剥离制备出了少层数的石墨烯,然后对石墨烯进行了表面改性处理,并在此基础上制备了石墨烯/环氧树脂基复合材料,分析并研究了石墨烯对于环氧树脂基复合材料力学和热学方面性能的改善效果。通过微波热解氧化石墨制备出了石墨烯。X射线粉末衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析证明了含氧基团的引入大大增加了石墨的层间距离；扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)的照片显示微波热解法制备出了片层厚度约0.5-3nm,层数在10层之内的石墨烯。将制备的石墨烯用硅烷偶联剂KH-560进行改性,作为纳米填料添加到环氧树脂中,获得了石墨烯/环氧树脂基复合材料和表面改性的石墨烯/环氧树脂基复合材料。采用万能材料试验机进行了拉伸性能、断裂韧性测试,采用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)测定了石墨烯表面改性的情况和复合材料的键合情况,采用扫描电子显微镜(SEM)观察了石墨烯在树脂基体中分散和复合材料的断面形貌,采用TG-DTA测定了复合材料的热失重情况。结果表明,石墨烯的加入可以提高复合材料的力学性能,复合材料的拉伸强度、断裂韧性是随着石墨烯添加量的增加先增大后减小的,在添加量为0.5wt%时拉伸强度达到最大值,石墨烯/环氧树脂基复合材料的拉伸强度为76.6MPa,弹性模量为2235.2MPa,断裂伸长率为4.05%,断裂韧性为0.87MPa·m1/2,比纯环氧树脂的拉伸强度提高约83.7%,弹性模量提高了约23%,断裂伸长率提高了约127%,断裂韧性提高了约56.5%。改性的石墨烯／环氧树脂基复合材料比石墨烯／环氧树脂基复合材料的拉伸强度提高了约6%,弹性模量提高约2.9%,断裂伸长率变化不大,断裂韧性提高了约11.7%。改性后石墨烯在环氧树脂基体中具有良好的分散性,在树脂基体中形成片层状的骨架结构,有助于材料力学性能的提高。石墨烯在环氧树脂固化的过程中,表面所附带的官能团与环氧树脂形成了新的化学键合,提高了增强体与基体的结合力,提高了复合材料的热稳定性。