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1、石墨烯/環(huán)氧基復(fù)合材料的制備及性能研究PreparationandPropertiesofGraphene/EpoxyComposite研究生：田鑫指導教師：佟鈺副教授學科專業(yè)：材料學二〇一五年十二月分類號：學校代碼：10153UDC：密級：公開碩士學位論文石墨烯/環(huán)氧基復(fù)合材料的制備及性能研究作者姓名：田鑫入學年份：2013年9月指導教師：佟鈺副教授學科專業(yè)：材料學申請學位：工學碩士所在單位：材料科學與工程學院論文提交日期：2015年11月論文答辯日期：2015年12月學位授予日期：2016年1月答辯委員會主席：王長松答辯委員會組成：王長松
2、谷亞新趙蘇時方曉劉運學論文評閱人：張巨松王作明ScannedbyCamScanner碩士研究生學位論文摘要I摘要環(huán)氧樹脂（epoxy,EP）是使用最廣泛的高分子材料之一，具有諸多優(yōu)異的物理、化學和力學性能，例如：尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，絕緣性能好，粘結(jié)性強，化學穩(wěn)定性好，有一定耐熱性等。但環(huán)氧樹脂的脆性大、抗沖擊性差，限制了環(huán)氧樹脂的進一步應(yīng)用推廣。石墨烯作為新興的二維納米結(jié)構(gòu)，其超高比表面積和結(jié)構(gòu)完整性使其具有特別高的強度和模量，極佳的導電性和導熱性。眾多研究表明，石墨烯具備提高環(huán)氧樹脂強度和韌性的應(yīng)用潛力，然而由于范德華力作用，石墨烯很容易
3、在聚合物基體中發(fā)生團聚，限制了石墨烯本身性質(zhì)的發(fā)揮，使得石墨烯對環(huán)氧樹脂力學性能的提升效果有限。本研究以多層石墨烯（multi-layergraphene,MLG）為增強材料，利用自主發(fā)明的氣泡分散方法，實現(xiàn)石墨烯在環(huán)氧樹脂中均勻分散，利用氣泡產(chǎn)生及膨脹過程中膜壁的形變過程對基體中預(yù)埋的石墨烯粒子產(chǎn)生牽張作用。不僅可使團聚的石墨烯粒子分離，更有助于促使蜷曲的石墨烯粒子伸展開來，完善石墨烯與樹脂基體的界面粘結(jié)，因此表現(xiàn)出更為顯著的分散和增韌作用。本文系統(tǒng)考察了氣泡分散時間及石墨烯摻量對復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)與拉、壓、彎等應(yīng)力條件下的力學性能，包括：強
4、度、斷裂伸長率、彈性模量、韌度等性能指標。掃描電子顯微鏡(SEM)對比分析發(fā)現(xiàn)，與純環(huán)氧樹脂相比，氣泡分散法制備MLG/EP復(fù)合材料的受拉破壞斷面出現(xiàn)顯著起伏，石墨烯分散狀態(tài)良好，并表現(xiàn)出明顯的受拉拔出形態(tài)。力學測試結(jié)果表明，氣泡分散方法對復(fù)合材料的力學性能有一定的改善作用，隨氣泡分散時間的延長，復(fù)合材料的力學強度和彈性模量均呈上升趨勢，8h分散樣品的拉伸模量較氣泡分散0h（僅用機械攪拌）提高91.18%，彎曲模量提高83.33%，壓縮模量提高16.76%。實驗進一步檢驗了氣泡分散效果與石墨烯摻量之間的關(guān)系，結(jié)果表明，復(fù)合材料的力學性能隨石墨
5、烯摻量的增大先升高后降低，在石墨烯摻量為0.45wt%時，MLG/EP復(fù)合材料的力學性能最好，其拉伸模量較純環(huán)氧樹脂提高了70.59%，彎曲模量提高了42.59%，壓縮模量提高了24.32%；但石墨烯繼續(xù)加入時，復(fù)合材料的力學性能反而呈下降趨勢。差示掃描量熱分析（DSC）表明，MLG摻量越大，復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度越大，1.05wt%MLG摻量較純環(huán)氧樹脂提高38℃。與分散劑法相比，氣泡分散方法不僅降低了制備成本，而且在石墨烯-樹脂界面消除了分散劑的存在，對于復(fù)合材料的力學性能有一定改善作用。與超聲分散法相比，氣泡分散法工藝簡單，生產(chǎn)能耗小
6、、成本低，無污染，且適用范圍更廣，也更適合于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：石墨烯；環(huán)氧樹脂；氣泡分散方法；力學性能；制備II摘要碩士研究生學位論文碩士研究生學位論文AbstractIIIAbstractBeingoneofthemostwidelyusedpolymermaterials,epoxyresin(EP)hasmanyexcellentphysical,chemicalandmechanicalproperties,suchasgooddimensionalstability,highhardness,goodinsulationpe
7、rformance,strongbondingstrength,goodchemicalinertness,acceptableheatresistance,etc.Butthebrittlenessandpoorimpactresistanceofepoxyresinlimitsthefurtherapplicationofsuchepoxyresintosomeextent.Graphenein2Dnanostructurewithlargesizeandhighstructuralintegrityhassuperiorstrength
8、andmodulus,highelectricalconductivityandthermalconductivity.Numerousstudieshavesho
