新型纳米SiC_P/石墨烯增强聚合物基复合材料的组织及性能研究

来源 :江苏科技大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:qiuxi1984
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在过去的几十年中树脂基复合材料因拥有高的杨氏模量、拉伸强度、耐磨性和储能模量等优异性能,在各个领域得到广泛应用。近年来,树脂基复合材料产业在可作为增强相的纳米级颗粒的合成技术迅速兴起的带动下,得到了前所未有的快速发展。随着原子级颗粒的合成技术的发展,出现了一大批优秀的、高性能的复合材料填充物,这些纳米颗粒具有优异的热学性能、机械性能、光学性能和阻隔性,并且造价相对较低。在可以作为复合材料基体的众多聚合物中,聚酰胺因具有较高的强度、韧性和稳定性,受到复合材料研究者的广泛青睐。本文选用具有高强度,高耐磨性,良好的化学稳定性的纳米碳化硅和被人们称为“21世纪神奇材料”的石墨烯作为增强相,以聚酰胺为基体制备复合材料,并从热学性能和机械性能两方面进行了表征。本研究中制备的复合材料试样整体上结构致密、均匀,没有气孔或者空隙等明显缺陷。在材料机械性能方面,使用纳米碳化硅复合增强基体的效果显著,尤其以7.5%碳化硅的增强效果最为明显,拉伸强度为71MPa,增加了47.7%,杨氏模量为1396.9MPa,增加了33.3%,而硬度增加了5倍,但纳米尺度的增强相难以避免在基体中部分团聚,当碳化硅加入量达到10%时,增强相的团聚现象尤为严重。对热学性能影响并不明显。石墨烯对基体的机械性能也有着显著的改善效果,在石墨烯含量为2.5%时,拉伸强度可达到58.7MPa,增加37.8%,同时杨氏模量也增加13.5%,可达到1190.1MPa,虽然韧性有所降低,但整体上影响不大,结晶度随石墨烯含量增加而增加,当添加了2.5%的石墨烯时结晶度接近80%,纯基体结晶度仅为45%,且一定程度上提升了复合材料的熔点,提高了材料的热稳定性。本文主要希望探究二元增强相对基体材料性能的影响。当两种颗粒复合增强时,比起单一颗粒增强的复合材料,优势更明显,主要体现在在:较少的增强相就能实现相对较高的性能提升,一定程度上降低了成本,而且机械性能的优化效果更为明显以外。当纳米碳化硅和石墨烯片含量分别为2.5%和1.25%的时候,复合材料的拉伸性能为63.8MPa,与纯聚十二内酰胺相比增加了49.7%,硬度为45.8HD,增加了将近4倍,杨氏模量也达到了1153.6MPa,增加了10.1%,结晶度也大幅提高,最大可到80.4%,功能体的添加充当了形核剂,加速了聚合物熔融冷却时结晶的速度,且一定程度上升高了复合材料的熔点,提高了材料的热稳定性,尤其是当纳米碳化硅与石墨烯含量分别为2.5%和1%时,材料在高温下的热稳定性相对较高。
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