石墨烯-環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及力學(xué)性能研究.pdf

1、石墨烯作為一種新型的二維碳材料，自2004年被發(fā)現(xiàn)以來已經(jīng)廣泛應(yīng)用在提高聚合物的導(dǎo)熱、導(dǎo)電和力學(xué)性能。本文以氧化石墨烯為制備石墨烯的前軀體，輔以其它功能填料，制備了多種環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，明顯提高了環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能和力學(xué)性能。首先制備了對(duì)位芳綸(PPTA)漿粕纖維增強(qiáng)的石墨烯氣凝膠，采用真空灌注工藝與環(huán)氧樹脂復(fù)合，制備了高導(dǎo)電性和高壓縮強(qiáng)度的復(fù)合材料。其次，將球形氧化鋁與石墨烯微片復(fù)配作為協(xié)同導(dǎo)熱組分，以氫氧化鎂作為協(xié)同導(dǎo)熱和阻

2、燃填料，制備了具有優(yōu)良阻燃性能的高導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。最后，為改善環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的韌性，以高強(qiáng)度對(duì)位芳綸纖維(PPTA)為增韌組分，在PPTA纖維表面負(fù)載石墨烯，制備了具有高沖擊強(qiáng)度和導(dǎo)電性能的環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。取得的主要?jiǎng)?chuàng)新性結(jié)果如下:
　　(1)以氧化石墨烯和對(duì)位芳綸漿粕纖維為原料，通過化學(xué)還原氧化石墨烯制備了纖維增強(qiáng)的三維石墨烯氣凝膠(GOFA);高溫?zé)崽幚鞧OFA制備了碳纖維增強(qiáng)的石墨烯氣凝膠(GCFA)。PPTA漿粕

3、纖維促進(jìn)了石墨烯氣凝膠的形成，GOFA復(fù)合氣凝膠的壓縮強(qiáng)度提高了5倍，高溫碳化后的復(fù)合氣凝膠的電導(dǎo)率隨纖維含量增加而快速提高，高達(dá)103S·m-1。將石墨烯和漿粕纖維預(yù)先構(gòu)筑成三維氣凝膠網(wǎng)絡(luò)，避免了石墨烯和漿粕纖維在環(huán)氧樹脂中的分散不均勻，所制得的GOFA/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的壓縮強(qiáng)度比環(huán)氧樹脂提高了85％，GCFA/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度提高44.1％，電導(dǎo)率達(dá)到102S·m-l，模量提高了60％。
　　(2)以球形氧化鋁(Al

4、2O3)和石墨烯微片(GNP)為導(dǎo)熱填料，制備了Al2O3/GNP/環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱復(fù)合材料。球形Al2O3比非球形Al2O3更有利于環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的澆鑄加工，將少量石墨烯微片與球形氧化鋁復(fù)合，有利于形成三維導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)，在總填充量一定條件下，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率隨GNPs含量增加而提高。氫氧化鎂作為導(dǎo)熱和環(huán)境友好的阻燃填料，被用于提高Al2O3/GNP/環(huán)氧樹脂導(dǎo)熱復(fù)合材料的阻燃性能。添加5％氫氧化鎂即可使導(dǎo)熱復(fù)合材料的垂直燃燒性能達(dá)到UL-9

5、4V-0等級(jí)。
　　(3)以對(duì)位芳綸(PPTA)纖維為環(huán)氧樹脂的增韌改性劑，運(yùn)用水熱法在PPTA纖維上負(fù)載石墨烯，并與環(huán)氧樹脂復(fù)合制備了高填充量的PPTA/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及石墨烯/PPTA/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。探討了PPTA纖維及石墨烯用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和電導(dǎo)率的影響，分析了纖維增韌機(jī)理。研究結(jié)果表明:復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度隨PPTA纖維的增加而提高。負(fù)載石墨烯的PPTA纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的缺口沖擊強(qiáng)度比純