石墨烯輻照修飾及其增韌碳纖維-環(huán)氧復(fù)合材料界面機(jī)制研究.pdf

1、碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料因輕質(zhì)、高比強(qiáng)度和高比剛度等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、石油化工、高速列車(chē)等領(lǐng)域。然而，弱界面性能一直制約著它們的發(fā)展。目前，將碳納米材料引入到復(fù)合材料界面相中來(lái)提高界面性能成為該領(lǐng)域焦點(diǎn)。本文以碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料為研究對(duì)象，將石墨烯及功能化石墨烯引至界面相中，提高復(fù)合材料界面性能，并研究復(fù)合材料界面性能的增強(qiáng)機(jī)制。
　　論文首先采用氧化還原法制備石墨烯，過(guò)量氧化劑的加入提高了氧化石墨(GO)的氧化程

2、度，增加了GO的層間距。然而充分的氧化使其難以被化學(xué)試劑徹底還原，且產(chǎn)物團(tuán)聚嚴(yán)重。而熱剝離法則在保證GO充分還原成為熱剝離石墨烯(EG)的同時(shí)，減少了團(tuán)聚。而后，本文采取γ射線輻照對(duì)GO以及EG進(jìn)行改性，以制備功能化的石墨烯來(lái)提高其在復(fù)合材料中的適用性。在空氣中輻照后，GO的層間距增大為原來(lái)的兩倍，而水中輻照則將GO部分還原。介質(zhì)為苯乙烯時(shí)，由于苯乙烯對(duì)GO的插層以及在GO表面的接枝、生長(zhǎng)，GO被直接剝離成為聚苯乙烯功能化的石墨烯片。對(duì)

3、環(huán)氧樹(shù)脂和酸酐中的EG進(jìn)行y射線輻照處理后發(fā)現(xiàn)，EG的表面接枝上了環(huán)氧及羰基等官能團(tuán)。除γ射線外，本文還采用電子束輻照對(duì)GO及石墨烯進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)控，但電子束對(duì)GO及石墨烯的改性效果不及γ輻照。
　　論文分別將EG、氧化石墨烯及功能化石墨烯引入到復(fù)合材料界面相中制備多尺度復(fù)合材料，并評(píng)價(jià)其界面性能。當(dāng)引入EG含量為1wt％時(shí)，復(fù)合材料獲得了相對(duì)最大的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)，較未引入石墨烯的復(fù)合材料提高了28.3％。相對(duì)于EG，功能化

4、石墨烯在提高界面性能方面并不具備優(yōu)勢(shì)，而氧化石墨烯則由于與環(huán)氧樹(shù)脂的相溶性差，反而降低了復(fù)合材料的界面性能。為了明確EG以及功能化石墨烯對(duì)復(fù)合材料的增韌機(jī)理，論文分別以含有EG以及功能化石墨烯的復(fù)合材料為研究對(duì)象，通過(guò)掃描電鏡元素分析中的線掃描以及力調(diào)制原子力顯微鏡對(duì)界面相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。對(duì)于EG增韌的復(fù)合材料，由于樹(shù)脂注入過(guò)程中EG在樹(shù)脂中的逐漸分散，復(fù)合材料的界面相中形成了一個(gè)模量從碳纖維到樹(shù)脂基體逐漸降低的梯度界面層，使得復(fù)合材料在