功能化石墨烯-聚酰亞胺復(fù)合膠粘劑的制備與性能研究.pdf

1、聚酰亞胺（PI）膠粘劑作為一種新型耐高溫膠粘劑，廣泛應(yīng)用在飛機(jī)制造、航空及軍事領(lǐng)域。隨著航天、軍事技術(shù)的蓬勃發(fā)展，對PI膠粘劑的粘接性能、抗靜電、耐高溫等性能的要求也逐漸提高，而現(xiàn)有的PI膠粘劑已難以滿足航空航天工業(yè)發(fā)展的需要。因此，對PI膠粘劑進(jìn)行改性，研制出具有高性能和多功能的 PI復(fù)合膠粘劑具有極其重要的意義和研究價(jià)值。石墨烯（GNS）具有諸多奇妙的特性，無論在結(jié)構(gòu)復(fù)合材料領(lǐng)域，還是在功能復(fù)合材料研究領(lǐng)域，石墨烯都是一種新奇的理想

2、增強(qiáng)體。
　　本課題以石墨為原料，以改進(jìn)的 Hummers法為基礎(chǔ)，通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝制備出氧化石墨，結(jié)合真空冷凍干燥法，分別采用超聲剝離法和低壓熱剝離還原法制備泡沫狀氧化石墨烯（GO）和GNS。通過 XRD、FT-IR、SEM、Ramman等測試手段對泡沫狀 GO和 GNS的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征。結(jié)果表明：石墨經(jīng)過氧化插層后，層邊緣和層間引入了大量含氧基團(tuán)（羧基、羥基、環(huán)氧基等），層間距由原來的0.33657nm增大到0.8200

3、1nm，氧化石墨經(jīng)過低壓熱剝離還原得到了GNS，層數(shù)在10層之內(nèi)。
　　通過溶液插層法將不同質(zhì)量的GO和GNS分別與聚酰胺酸（PAA）進(jìn)行復(fù)合，經(jīng)過一定的熱固化工藝后對其結(jié)構(gòu)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能進(jìn)行表征測試，確定最佳填料及其用量。結(jié)果表明：GNS和GO的加入并沒有影響PI的基本結(jié)構(gòu)，適量的GNS和GO可在PI基體均勻分散，且GO被PI包裹的緊密程度比GNS好。隨著GNS和GO含量的增加，復(fù)合膠粘劑對于金屬和玻璃搭接件的剪切強(qiáng)度

4、都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng)GNS的含量為0.75％時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，金屬搭接件和玻璃搭接件的最大剪切強(qiáng)度分別為15.03 MPa和4.40 MPa，比純PI膠粘劑分別提高了41.8%和64.2%。當(dāng)GO的含量為1.5%時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，金屬搭接件和玻璃搭接件的最大剪切強(qiáng)度分別為19.05 MPa和6.13 MPa，比純PI膠粘劑分別提高了79.7%和128.7%。GNS和GO的加入可明顯提高PI的熱穩(wěn)定性，隨著GNS含量

5、的增加，T0.05（T0.05表示膠膜的質(zhì)量損失達(dá)到5%時(shí)對應(yīng)的溫度）從496.8℃增加到544.8℃，T0.1（T0.1表示膠膜的質(zhì)量損失達(dá)到10%時(shí)對應(yīng)的溫度）從538.5℃增加到563.3℃；800℃時(shí)的殘余質(zhì)量從55.26%提高到59%。隨著GO含量增加到1.5%，T0.05從496.8℃增加到526.8℃，T0.1從538.5℃增加到551.1℃；800℃時(shí)的殘余質(zhì)量55.26%提高到57.91%。GNS和GO的加入對PI膠粘

6、劑的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度影響不大。GNS/PI和GO/PI復(fù)合薄膜的體積電阻率均隨GNS和GO添加量的增加而降低，0.75%的GNS和1.5%的GO可使PI的體積電阻率降低5個(gè)數(shù)量級，達(dá)到1010，可滿足抗靜電的要求。
　　采用不同質(zhì)量的KH-550對GO進(jìn)行表面改性，并通過溶液插層法與 PAA進(jìn)行復(fù)合，經(jīng)過一定的熱固化工藝后，研究 KH-550的不同用量對1.5%GO/PI復(fù)合膠粘劑的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等性能的影響，確定KH-550的最

7、佳用量。結(jié)果表明：適量的KH-550可提高GO在PI基體中的分散性和相容性。當(dāng)KH-550的含量超過3%時(shí)，KH-550可能導(dǎo)致GO與PI發(fā)生聚集，最終對復(fù)合膠粘劑的力學(xué)性能產(chǎn)生副作用。隨著KH-550含量的增加，復(fù)合膠粘劑對于金屬和玻璃搭接件的剪切強(qiáng)度都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢。當(dāng) KH-550的含量為3%時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值，金屬搭接件和玻璃搭接件的最大剪切強(qiáng)度分別為24.51MPa和8.65MPa，比未使用KH-550時(shí)分別提高