石墨烯/环氧树脂复合材料的制备与力学性能

通过对氧化石墨热膨胀还原并用超声分散制备了石墨烯,并对所得产物进行分析表征。用超声分散和模具浇注成型法制备了石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。研究了石墨烯含量对石墨烯/环氧树脂复合材料力学性能和断面形貌的影响,分析了石墨烯对环氧树脂的增强机理。结果表明,随着石墨烯含量的增加,石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度及模量先增加后减小;当石墨烯的质量分数为0.1%时,复合材料的拉伸强度达到最大值60.9MPa,比纯环氧树脂提高了16.88%;当石墨烯的质量分数为0.5%时,复合材料的拉伸模量达到最大值2833.3MPa,比纯环氧树脂提高了48.29%。     

氧化石墨烯/羧甲基纤维素钠/海藻酸钠复合材料的制备与性能研究

采用改进的Hummer法和超声波剥离法制备了纳米氧化石墨烯悬液,再将其与羧甲基纤维素钠、海藻酸钠复合制备了氧化石墨烯/羧甲基纤维素钠/海藻酸钠(GO/CMC/SA)复合材料,并通过吸水性实验和拉伸实验方法对其结构和性能进行了研究。结果表明,添加GO和CMC可显著提高GO/CMC/SA复合材料的力学性能和吸水性,当GO含量为7%,CMC含量为15%时,复合材料的干态拉伸强度最大达到124.5MPa,复合材料湿态拉伸强度最大达到31.0MPa;吸水率达到196%,在生物医学领域具有较大的应用潜力。     

UD-Cf/SiC陶瓷基复合材料的高温拉伸性能

采用两种形状(纺锤形、矩形)的拉伸试样对热压单向M40JB-C_f/SiC和T800-C_f/SiC复合材料进行了高温拉伸强度测试,得到了C_f/SiC复合材料的拉伸强度,并对纺锤形试样断裂应变的表达式进行修正,得出了复合材料的弹性模量。M40JB-C_f/SiC复合材料1300℃的拉伸强度及模量分别为374 MPa和134 GPa, 1450 ℃的拉伸强度及模量为338 MPa和116 GPa,T800-C_f/SiC复合材料1300 ℃拉伸强度和模量为392 MPa 和115 GPa。测试结果与试样的断裂方式密切相关,在有效部位断裂的测试结果大于在非有效区断裂的测试结果。M40JB-C_f/SiC复合材料的拉伸断裂应力-应变曲线表现出塑性变形的非线弹性破坏特征,而T800-C_f/SiC主要表现为线弹性特征。      

石墨烯/ABS树脂复合体系的阻燃性能

采用HAAKE流变仪混炼法制备了石墨烯/ABS复合体系,以期提高ABS树脂的阻燃性能,作为对比样,同样方法制备了可膨胀石墨(EG)/ABS复合体系。用扫描电镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对石墨烯进行了表征,采用氧指数和热重分析(TGA)研究了石墨烯的加入量对ABS树脂阻燃性能的影响。研究结果表明,添加石墨烯后,复合体系的氧指数由纯ABS树脂的21%上升到24.8%,且比相同含量的EG提高得更多;石墨烯质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量由纯ABS的37.81MPa、1123MPa提高到40.84MPa、1368MPa。     

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。     

改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材料PTC性能研究

以高密度聚乙烯(HDPE)为基体,改性的石墨烯为导电填料,采用熔融法制备正温度系数(PTC)的改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材料。通过扫描电子显微镜、热重测试仪以及拉伸测试仪等,观察改性石墨烯/高密度聚乙烯复合材的微观形貌,研究改性石墨烯含量对复合材料热稳定性的影响以及拉伸性能的影响。结果表明:石墨烯在HDPE基体中分散性较好,在室温电阻率同为18.5Ω·㎝条件下,改性前复合材料耐电压冲击为250V,改性后复合材料耐电压冲击为400V,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显地提高复合材料增强耐电压性能,在石墨烯用量同为8.0%(体积百分数)条件下,改性前石墨烯的复合材料拉伸强度为25.6MPa,改性后石墨烯的复合材料拉伸强度为27.7MPa,改性后的石墨烯加入HDPE,能够明显提高复合材料的拉伸强度。     

石墨烯/聚合物基复合材料3D打印成型研究进展

石墨烯因其优异的特性,被广泛用于制备聚合物基复合材料,而3D打印作为一种新兴的成型加工方式,正越来越多地应用到石墨烯/聚合物基复合材料的成型制造当中。本文介绍石墨烯/聚合物基复合材料的溶液混合、熔融混合以及原位聚合三种主要制备方式,重点论述喷墨打印成型、熔融沉积成型、立体光固化成型、选择性激光烧结等目前国内外用于石墨烯/聚合物基复合材料成型的3D打印方式及其各自的优势和劣势,以及3D打印成型的石墨烯/聚合物基复合材料制件在电子、能源、生物医学和航空航天等领域的应用,最后指出可打印性好、石墨烯分散均匀、功能特性优异的石墨烯/聚合物基复合材料的研制将会是未来该方向的研究重点。     

氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料的制备及表征

通过溶液插层的方法制备氰酸酯树脂/氧化石墨烯纳米复合材料,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和热重分析(TGA)研究纳米复合材料的结构和性能,采用电子万能试验机研究纳米复合材料的力学性能。研究表明,异氰酸苯酯改性氧化石墨在二甲基甲酰胺中经超声处理后剥离形成氧化石墨烯薄片;添加氧化石墨烯后纳米复合材料的力学性能和耐热性显著改善。当氧化石墨烯的含量为基体树脂的1%时,纳米复合材料的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度分别为82.9 MPa、148.6 MPa和12.9 kJ/m2,1000℃时的残炭率达45.1%。     

几种不同改性剂对稻草/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯复合材料性能的影响

以稻草纤维及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）为原料,分别以活性炭、Al₂O₃、SiO₂和硅烷偶联剂为增强改性剂,通过混炼-模压工艺制备了改性剂-稻草/ABS复合材料,对比研究了几种不同增强改性剂的增强效果及其增强机制。结果表明：硅烷偶联剂对稻草/ABS复合材料的增强效果较差,活性炭、Al₂O₃和SiO₂对稻草/ABS复合材料的增强均优于硅烷偶联剂,其中Al₂O₃的增强效果最佳。当Al₂O₃的添加量（Al₂O₃∶ABS质量比）为5%时,Al₂O₃-稻草/ABS复合材料的拉伸、弯曲及冲击强度分别达到最大值27.719 MPa、61.05 MPa和26.53 kJ/m²;当无机物添加量（无机物∶ABS质量比）为5%时,复合材料的耐水性能表现为：5% Al₂O₃ > 5%活性炭 > 5% SiO₂ > 未添加,与复合材料的力学性能梯度相符;改性剂-稻草/ABS复合材料的流变性能则表现为：5%活性炭 > 5% Al₂O₃ > 5% SiO₂ > 未添加。     

3D纤维增强复合材料的结构对力学性能的影响

研究了树脂基镀镍碳纤维3D复合材料的不同结构,包括三维五向、正交三向结构对3D复合材料拉伸性能和冲击性能的影响。进行了两种试件力学性能的测定,结果表明,三维五向3D复合材料和正交三向3D复合材料都能达到高的力学性能,在纤维体积含量相近的情况下,三维五向3D复合材料的拉伸强度和冲击强度较正交三向3D复合材料高,拉伸强度可达920 MPa、冲击强度达150 KJ/m2。通过对编织结构的设计,可以设计3D复合材料的性能。     

RGO/ABS/EPDM复合材料的制备及性能研究

采用改进的Hummer法合成氧化石墨烯(GO),将GO进行热还原得到还原氧化石墨烯(RGO),并通过直接熔融密炼法制备石墨烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯/三元乙丙橡胶(RGO/ABS/EPDM)复合材料。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪、四探针法等分析手段对复合材料表面形貌、微观结构、导电性能和力学性能进行了表征。结果表明:RGO优先分散于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯聚合物(ABS)中,且热还原得到的RGO有效地提高了复合材料的力学性能和导电性能; RGO添加量为2. 5%(wt,质量分数,下同)时,复合材料拉伸强度提高74. 8%,缺口冲击强度提高4. 6%; RGO添加量为1. 5%时,复合材料缺口冲击强度最大,提高19. 8%;随着RGO添加量的增加,复合材料电阻率逐渐下降,当RGO添加量达到2. 5%时,复合材料电阻率下降趋势变缓。     

纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的制备与性能

纳米纤维素是具有可再生性、可降解性的天然高分子材料。基于氧化石墨烯优越的物理性能，采用真空抽滤方法制备纳米纤维素-氧化石墨烯高度有序层状结构以提高纳米纤维素薄膜的力学强度和疏水性能。实验结果表明，当石墨烯质量分数为4%时，纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的拉伸强度达到最大值204.4 MPa,比原始CNCs薄膜抗拉强度提升58.8%。层状薄膜的弹性模量随氧化石墨烯质量分数的增加呈现先增加后降低的趋势。通过对层状薄膜进行微观形貌分析和动态热机械性能分析验证了力学试验结果的准确性。对纳米纤维素薄膜和纳米纤维素-氧化石墨烯层状薄膜的接触角进行测定，发现由于纳米纤维素的氢键网络与氧化石墨烯表面游离羟基之间的相互作用，层状薄膜的疏水性能显著提升。     

氧化石墨烯改性聚醚砜纤维膜的制备及性能研究

以聚醚砜(PES)为原料,1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)为溶剂,氧化石墨烯(GO)为填充剂,采用静电纺丝技术成功制备GO/PES复合纤维膜。结果表明,当GO添加量为0.2%(质量分数)时,复合纤维膜拉伸强度为2.55MPa,弹性模量为23.88MPa,断裂伸长率为49.78%,电导率达到2.74×10~(-7)S/m,比未添加GO的纤维膜提高了4个数量级。     

硅烷化氧化石墨烯/呋喃树脂复合材料的制备及性能

采用硅烷偶联剂KH570对氧化石墨烯进行改性得到硅烷化氧化石墨烯(KGO),再通过溶液共混法制备了KGO/呋喃树脂复合材料。利用红外光谱、X射线衍射和扫描电子显微镜等方法对KGO和KGO/呋喃树脂复合材料的微观结构和相态进行了表征,并研究了KGO对呋喃树脂的热性能和力学性能的影响。结果表明,KH570成功地接枝到GO分子上得到KGO,且KGO在呋喃树脂基体中具有良好的分散性。KGO/呋喃树脂复合材料的热性能得到显著提高,其弹性模量和拉伸强度较纯呋喃树脂分别增加了384.9 MPa和6.3 MPa。     

石墨烯-多壁碳纳米管协同增强环氧树脂复合材料的低温力学性能

为了提高环氧树脂的低温力学性能,采用石墨烯与多壁碳纳米管(MWCNTs)协同改性环氧树脂,系统研究了石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料的室温(RT)和低温(77K)力学性能。结果表明:当石墨烯的质量分数为0.1wt%,MWCNTs的质量分数为0.5wt%时,纳米填料的加入可同时改善环氧树脂的低温拉伸强度、弹性模量和冲击强度;在此最佳含量下,石墨烯-MWCNTs/环氧树脂复合材料在RT和77K时的拉伸强度皆达到最大值,比纯环氧树脂的拉伸强度分别提高了11.04%和43.78%。石墨烯和MWCNTs能协同提高环氧树脂的低温力学性能。     

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物/六方氮化硼复合材料的制备及性能

利用双螺杆的强剪切作用,制备了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂/六方氮化硼(h-BN)复合材料(ABS/h-BN),通过测定复合材料的热导率和电阻率,并借助拉伸试验、动态力学分析、热失重分析等手段,研究了h-BN添加量对复合材料导热性能、力学性能、耐热性能和电绝缘性能的影响。结果表明,h-BN在ABS基体中发生了取向,当h-BN质量分数为20%时,复合材料的热导率由0.176 W/(m·K)提高到0.404 W/(m·K),增加了129.6%,且拉伸强度由35.26MPa提高到38.45 MPa。ABS/h-BN复合材料有望应用于家电等的外壳材料。     

石墨烯/环氧树脂复合材料的制备及力学性能

分别通过超声共混法和原位还原法制备了石墨烯/环氧树脂复合材料。利用X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料的结构进行了表征,并对其力学性能进行了测试。结果表明,原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料中,氧化石墨烯已经被成功地还原为石墨烯,并且石墨烯具有良好的分散性。力学性能测试结果表明,两种方法制备的复合材料的力学强度较纯环氧树脂明显提高。当石墨烯的量为m(GO)/m(EP)=0.3/100时,超声混合法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约29.2%和1.4%;而原位还原法制备的石墨烯/环氧树脂复合材料的拉伸强度和弯曲强度分别最大提高约40.5%和9.4%。     

功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的制备及性能研究

采用1-萘磺酸钠非共价修饰石墨烯,得到功能化石墨烯。接着,通过溶液共混法制备出功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料。利用XRD、SEM、TGA、DSC和拉伸测试对复合材料的结构、形貌、热学与力学性能进行分析。结果表明:当功能化石墨烯的添加量为0.5%(wt,质量分数)时,功能化石墨烯与聚乙烯醇之间有良好的相容性,复合材料的拉伸强度和玻璃化转变温度分别提高了25.9%和7.0℃。     

功能化氧化石墨烯/聚氨酯-环氧树脂复合材料的制备及其性能

利用氧化石墨烯(GO)表面的羟基分别与硅烷偶联剂KH550、KH560反应,制备功能化氧化石墨烯(KH550-GO、KH560-GO),分析了GO功能化前后的微观结构变化;通过溶液插层法将GO加入到聚氨酯-环氧树脂(PU-EP)基体树脂中制备GO/PU-EP复合材料,并对其拉伸性能及热性能进行测试。研究结果表明,KH550、KH560成功对GO进行了功能化,并且与PU-EP复合材料相比,GO/PU-EP复合材料的拉伸性能和热性能均有明显的提高。其中,KH550-GO的加入对基体树脂力学性能和热性能的改善尤为明显。添加0.1wt%的KH550-GO,基体树脂拉伸强度和拉伸模量分别提高了39.0%和94.4%,同时初始热分解温度提高了12℃。     

离子液体改性石墨烯/丁腈复合材料的摩擦性能

为探究不同含量1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体（IL）改性石墨烯（GR）后对石墨烯/丁腈复合材料摩擦性能的影响，文中设置了3种GR与IL的质量比，通过热重分析、扫描电镜表征手段对比分析了GR与IL不同质量比制备的改性石墨烯(GR-IL)的改性效果，并研究了不同石墨烯添加量对复合材料性能的影响。结果表明，GR与IL的质量比为1:1和1:2的GR-IL可以降低复合材料的摩擦系数、磨损及振动加速度总级，在载荷0.25 MPa、转速1000 r/min下干磨2 h后最低质量磨损率仅为0.175%；而当质量比为1:3时，则复合材料的摩擦性能降低；随着石墨烯含量的增加，石墨烯/丁腈复合材料的摩擦性能呈现先提高后降低的趋势。