基于微波活化效应的离子液体--石墨烯共轭体增强环氧复合材料制备及其性能研究
石墨烯因其在力学、热学、电学等方面都有着突出的性能优势，被广泛地应用于树脂基复合材料。但是，石墨烯在树脂基体中存在分散性差、界面结合弱等普遍性问题，大大降低了其应用效果。本文将正丁基缩水甘油醚(BGE)改性1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(mIL)引入氧化石墨烯表面，制得了离子液体-石墨烯共轭体(mIL-GO)，系统研究了mIL、GO、mIL-GO对环氧树脂等温固化动力学的影响规律，同时深入探究了微波条件下mIL-GO的表面结构和分散状态对其环氧复合材料的力学、导热、导电及介电性能的影响规律。主要工作如下: 1.基于溶剂热法两步合成了mIL。红外、质谱、热失重等测试结果表明，相比于IL，mIL在3400cm-1处出现了-OH振动峰，在1112cm-1处出现了醚键的振动峰，说明BGE与IL的反应引入了羟基。基于粘度、凝胶时间、红外、TGA、拉伸性能等表征手段系统研究了不同含量的mIL对环氧理化性质的影响规律。研究表明，随着mIL含量的增加，树脂粘度逐渐变低，微波固化下凝胶时间大幅缩短，热失重残炭率上升，热稳定有所改善，在2wt.％的添加量时，拉伸强度是82.8MPa，拉伸模量是2.93GPa。 2.基于微波法成功制备了离子液体-石墨烯共轭体(mIL-GO)。红外、元素分析、热失重测试、扫描(SEM)、透射(TEM)和原子力显微镜(AFM)等结果表明，成功制得mIL-GO，mIL接枝率为41.3wt％;mIL-GO相比GO的微观结构类似发生“溶胀”，层间距变大，厚度由GO的0.68nm增至0.96nm。 4.基于等温DSC测试方法和Kamal等理论方法，在探讨微波非热效应的基础上系统研究了微波条件下mIL、GO和mIL-GO对EP体系的固化机理以及活化能的影响规律。研究发现，微波固化具有“非热效应”，会显著降低EP固化反应的活化能。GO由于增加空间位阻在一定程度上会阻碍环氧树脂固化，mIL由于增加了微波吸收能力会促进固化。mIL-GO在微波条件下对于促进EP固化反应呈现出显著的协同效应，使得固化反应的活化能进一步降低，固化速率进一步提升。 5.基于扫描、透射、OM、力学测试、DMTA、导电导热系数和介电性能等表征手段，系统探讨了mIL-GO的分散状态与微波固化下界面活性对其环氧复合材料性能的影响机制。研究表明，微波固化下mIL-GO通过共轭结构、界面极化、多重散射等增强体系微波吸收能力，保证mIL-GO在环氧树脂中具有良好的分散稳定性和更高微波相应活性，这有利于石墨烯本体的力学、导热、导电等优异性能的发挥。
环氧树脂;离子液体-石墨烯共轭体;制备工艺;分散稳定性;微波吸收能力
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
贾晓龙
2019
中文
TQ323.5;TQ320.6
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）