官能化石墨烯片层尺寸对环氧树脂复合材料固化动力学和力学性能的影响研究
环氧树脂基复合材料具有高拉伸强度、良好的介电性能、热稳定性和耐腐蚀性，被广泛应用于高压输电电缆、运动器材、汽车和航天航空等领域中。为了提高树脂基体的模量、韧性以及界面结合能力，采用官能化氧化石墨烯进行树脂改性是近年来的研究热点。然而氧化石墨烯片层尺寸不同会导致自身的物理、化学性质发生改变，进而影响复合材料的导热、力学和固化等行为。本文通过对氧化石墨烯片层尺寸及表面官能团进行设计，研究了不同尺寸片层氨基化氧化石墨烯在环氧树脂基体中的分散性及其对环氧树脂固化动力学和力学性能的影响。 本文首先使用两种不同目数石墨鳞片，通过不同时间的高能超声处理，制得了分布较窄的片层尺寸不同的两种氧化石墨烯，并将三乙烯四胺(TETA)和二乙基甲苯二胺(DETDA)接枝到氧化石墨烯表面。制得了TETA接枝大、小片层氧化石墨烯(L-TETA、S-TETA)和DETDA接枝大、小片层氧化石墨烯(L-DETDA、S-DETDA)。通过等温和非等温动力学分析了L-TETA、S-TETA、L-DETDA以及S-DETDA对双酚A型环氧树脂(DGEBA/DETDA)固化动力学的影响。通过Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法揭示了不同氧化石墨烯加入后DGEBA/DETDA体系活化能在反应过程中的变化趋势，利用Málek提出的模型拟合法求得了不同体系的固化机理函数。最后通过Kamal自催化反应模型揭示了加入不同氧化石墨烯对固化反应中非自催化与自催化反应的影响。 将L-DETDA和S-DETDA两种氨基化氧化石墨烯分散在DGEBA/DETDA环氧树脂基体中，探究不同氧化石墨烯的分散性，制备了两种氨基化氧化石墨烯/环氧树脂纳米复合材料，结果表明，在L-DETDA添加量为0.1wt％时，环氧树脂弯曲强度和模量分别提高了22.1％和32.4％。在S-DETDA添加量为0.2wt％时，环氧树脂弯曲强度和模量可分别提升36.5％和10.5％。同时，还制备了L-DETDA和S-DETDA氨基化氧化石墨烯多尺度增强的T700碳纤维/环氧树脂单向复合材料和微脱粘试样，其中S-DETDA氨基化氧化石墨烯的增强效果更为优良，添加量为0.2wt％时S-DETDA增强复合材料体系的弯曲强度、层间剪切强度和界面剪切强度分别提高了15.2％、10.8％和54.8％。
环氧树脂复合材料;氧化石墨烯;改性处理;固化动力学;力学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
隋刚
2020
中文
TQ323.5;TQ320.6
2020-11-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）