原位制备还原氧化石墨烯增强环氧树脂基复合材料及其形状记忆性能

采用原位法制备不同含量还原氧化石墨烯(r GO)/环氧树脂(EP)复合材料。研究r GO含量对r GO/EP复合材料力学性能和形状记忆性能的影响。结果表明,通过溶剂热还原,填充到环氧树脂单体中的GO原位还原成r GO,并可均匀分散在EP基体中。该复合材料的拉伸强度、弹性模量和储能模量均随r GO含量增加呈先升后降态势,在w(r GO)=0.2%(相对于环氧树脂的质量而言)时相对最大;随着r GO含量增加,复合材料的玻璃化转变温度随之增加。当w(r GO)=0.6%时,玻璃化转变温度Tg相对纯环氧树脂提高约45℃,达到102℃,热稳定性显著提高。相应的复合材料具有良好的形状记忆性能,变形可以完全恢复,且r GO/EP复合材料相对纯环氧树脂具有更高的形状固定率与形状恢复温度。     

氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料的热性能和动态力学性能

采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过超声分散与苯酚、甲醛进行原位聚合,将所得原位聚合树脂与其它填料一起通过辊炼、模压成型制备GO/酚醛树脂(PF)原位复合材料。研究GO含量对GO/PF原位复合材料的热性能、力学性能、动态力学性能、蠕变和应力松弛的影响,使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的冲击断面形貌。研究结果表明,当GO加入量为1%时,GO/PF原位复合树脂的初始热分解温度比纯酚醛树脂(PF)提高了55.8℃;当GO加入量为0.25%时,GO/PF原位复合材料的冲击强度提高18.6%;当GO加入量为0.5%时,GO/PF原位复合材料的储能模量比纯PF复合材料提高78.3%,Tg提高了8.9℃。SEM观察发现,GO/PF原位复合材料的冲击断面凹凸不平,表明GO的加入能有效提高PF复合材料的力学性能。     

硅烷化氧化石墨烯/漆酚型苯并噁嗪-双马来酰亚胺共聚树脂复合材料的制备与性能

以漆酚、糠胺和多聚甲醛为原料合成了新型的漆酚型苯并噁嗪（UB）,对其结构进行了表征。进而将硅烷化氧化石墨烯（SGO）与UB和双马来酰亚胺共混,热固化制得SGO/漆酚型苯并噁嗪-双马来酰亚胺共聚树脂（UBB）复合材料。利用FTIR、XRD和SEM对SGO/UBB复合材料的结构和形貌进行了表征,结果表明,SGO均匀地分散、交联在UBB中,且两者界面相容性较好。SGO可显著提高UBB的热稳定性和力学性能。当SGO的添加量为0.5wt%时,SGO/UBB的热失重5%时的温度和残炭率（800℃）分别为441.2℃、44.3%,远高于纯UBB （399.0℃、39.2%）。当SGO的添加量为0.3wt%时,SGO/UBB的杨氏模量和拉伸强度相比纯UBB分别增加了115.4%、309.9%,分别达962.8 MPa和29.1 MPa。SGO/UBB复合材料具有低的吸水性。     

氧化石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备与性能

氧化石墨烯(GO)是石墨烯重要的衍生物之一,通过氧化和超声波分散制备了GO纳米片/环氧树脂复合材料。采用XRD、拉曼光谱、FTIR和TEM表征了GO纳米片的结构与形貌,研究了GO纳米片用量对GO纳米片/环氧树脂复合材料热稳定性、力学性能及介电性能的影响。结果表明:GO纳米片的加入提高了GO纳米片/环氧树脂复合材料失热稳定性;随着GO纳米片填充量的增加,GO纳米片/环氧树脂复合材料的冲击强度和抗弯性能先提高后降低,其介电常数和介电损耗则先减小后增加。GO纳米片填充量为0.3wt%的GO纳米片/环氧树脂复合材料的失重5%时的热分解温度由纯环氧树脂的400.2℃提高到424.5℃,而冲击强度和弯曲强度分别在GO纳米片填充量为0.2wt%和0.3wt%时达到最大,冲击强度由纯环氧树脂的10.5kJ/m2提高到19.7kJ/m2,弯曲强度由80.5 MPa提高到104.0 MPa。     

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性,制得TDI功能化GO（TDI-GO）,再将其分散于4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中,经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段,表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明,TDI成功接枝改性GO,TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱,其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能;相比纯TPU基体,TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高,当TDI-GO添加量为0.5wt%时,复合材料5%热失重温度提高了约9℃,维卡软化温度提高了约18℃;TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高,与纯TPU相比,TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa,断裂伸长率提高了约32%。     

氧化铝改性钾长石牙科陶瓷的研究

利用氧化铝的颗粒增强作用, 采用常规烧结法制备了氧化铝改性钾长石牙科陶瓷. 通过实验确定了钾长石复合陶瓷的最佳烧结工艺, 分析了工艺条件对烧结效果、可加工性、显微硬度和抗弯强度等性能的影响. 用XRD、SEM对钾长石复合材料进行了表征. 研究表明: 添加氧化铝可以提高钾长石的烧结温度, 当Al₂O₃添加量为20wt%时, 其最佳烧结温度为1200℃, 相对密度达97.9%. 此外, 添加氧化铝可以显著改善钾长石陶瓷的性能, 当Al₂O₃添加量为5wt%时, 钾长石瓷的磨削率达到最大, 当Al₂O₃添加量为20wt%时, 钾长石瓷的显微硬度提高了26.9%. 并且随着氧化铝添加量的增加, 钾长石陶瓷的抗弯强度逐渐增强.     

石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料的热解行为

将氧化石墨烯与自制酚醛树脂乳液(PF)共混,经水合肼还原和热固化制备石墨烯/酚醛树脂(GNS/PF)纳米复合材料。利用AFM、SEM、FTIR和TG-DTG技术考察石墨烯对GNS/PF复合材料的形貌、结构、热稳定性和残炭率的影响。结果表明,石墨烯片均匀分布在PF中,没有发生团聚,且石墨烯片与PF间具有良好的界面结合。石墨烯薄片对PF基体强烈的吸附作用增加了PF分子链的活性和有序性,显著提高了GNS/PF纳米复合材料内PF基体的固化交联密度,进而提高了PF基体的耐热性和高温残炭率。在300~450℃条件下,纯酚醛树脂的热分解峰值温度为382.7℃,添加质量分数0.65%的GNS后,热分解峰值温度提高到408℃。在隔绝空气下900℃热处理,纯酚醛树脂的残炭率为46.2%,添加0.65%氧化石墨烯后残炭率增至59.4%,提高了13.2%。     

木质素磺酸铵对聚乳酸/木纤维可生物降解复合材料力学与热性能的影响

为探讨生物质资源改善复合材料的界面及综合性能的可行性,以木纤维(WF)为基体,聚乳酸(PLA)为增强体,添加氧化改性木质素磺酸铵(OMAL),采用高速混合-平板热压工艺制备环境友好型OMAL-PLA/WF复合材料。研究了OMAL对OMAL-PLA/WF复合材料力学和热性能的影响。结果表明:在WF与PLA质量比为7∶3的复合体系中,OMAL对提高OMAL-PLA/WF复合材料的静曲强度、弹性模量以及内结合强度具有促进作用。OMAL添加量为15wt%~20wt%时,OMAL-PLA/WF复合材料的力学性能最好;当OMAL添加量为20wt%时,与PLA/WF对照样相比,OMAL-PLA/WF复合材料的热分解起始温度降低45℃,热分解速率特征峰温度提前107℃,残渣量增加5.3%,玻璃化转变温度、冷结晶温度和熔融温度均向低温方向移动,储能模量和损耗角正切值增大,玻璃态阶段的热稳定温度范围提高约20℃。     

原位氨基化氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备及性能

以1,4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体,首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO,再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后,经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接,有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明,所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加,原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低,但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时,原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa,杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa,10%热失重温度由593℃增加到597℃,玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失,原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%,水接触角由72.5°增加到77.8°。     

加压密闭氧化石墨烯/水性聚氨酯纳米复合材料的制备及阻燃性能

采用改进的Hummers法对可膨胀石墨进行加压密闭氧化处理制备了氧化石墨烯(GO),并利用X射线衍射分析、紫外可见吸收光谱和透射电镜对其进行了表征。利用原位乳化法制备了氧化石墨烯/水性聚氨酯(GO/WPU)纳米复合材料。研究了GO含量对GO/WPU纳米复合材料的稳定性、形态、热降解性能和阻燃性能的影响。Zeta电位和扫描电镜的研究表明,GO在GO/WPU纳米复合材料中具有良好的稳定性和分散性。热失重分析结果表明,和纯WPU相比,GO/WPU纳米复合材料的热稳定性略有降低,但800℃时含量2%GO的纳米复合体系的残炭量从0.99%增大到2.90%。锥形量热仪分析结果表明,随着GO在GO/WPU纳米复合材料中的含量增大,材料的阻燃抑烟性能逐渐增强。当GO的含量为2%时,和纯WPU相比,GO/WPU纳米复合材料的峰值热释放速率、总释放热、总烟释放以及烟因子分别降低了34%,19%,27%和43%。     

Enhanced thermal resistance of phenolic resin composites at low loading of graphene oxide

By incorporating graphene oxide (GO) into phenolic resin (PR), GO/PR composites were prepared, and the effects of the content and reduction degree of GO on thermal resistance of GO/PR composites were studied. The peak degradation temperature of the PR was increased by about 14 °C with GO which was heat treated. The char yield of GO/PR composite at a GO weight fraction of 0.5% was about 11% greater than that of PR. The interactions such as covalent bonds and π–π stacking between GO and PR were regarded as the main reason for the enhancement. Located at the GO–PR interface, GO effectively anchored and structured PR molecular near the surfaces of GO sheets, and thus facilitated the formation of char. The superiority of GO/PR composites over PR in terms of thermal properties enhancement should also be related to the promoting graphitization by the addition of GO.     

苯并噁嗪树脂及其玻璃纤维增强复合材料的阻燃改性

应用聚磷酸铵(APP)对苯并噁嗪(BOZ)树脂及玻璃纤维(GF)/BOZ复合材料进行了阻燃改性,结合热分析和微观形貌分析等研究了材料的阻燃机制。结果表明:APP可以明显提高BOZ树脂的阻燃性能,随APP含量的提高,树脂体系的极限氧指数逐渐提高,添加量为3wt%时可使BOZ树脂的极限氧指数从基体的31.5%提高到34.5%,并达到UL 94V-0级。APP的加入使改性树脂体系的分解温度前移,玻璃化转变温度略有下降,改性树脂体系固化反应提前,反应过程变得缓和。APP的加入使GF/BOZ复合材料的阻燃性能进一步提高,10wt%GF/APP-BOZ复合材料的极限氧指数从GF/BOZ的51.0%提高到57.7%。微观形貌分析表明:APP的加入使APP-BOZ改性树脂及GF/APP-BOZ复合材料燃烧后生成更为致密的炭层,从而使材料的阻燃性能得到提高。     

SiO2中空微球改性含硅芳炔树脂及其复合材料的结构与性能

采用SiO₂中空微球对含硅芳炔树脂（PSAC）进行改性,制备了SiO₂/PSAC复合材料,以改善PSAC固化后质脆的缺点,提高PSAC基复合材料的力学性能,拓展PSAC在航空航天领域的应用。对SiO₂/PSAC复合材料和石英纤维布增强SiO₂/PSAC（QF-SiO₂/PSAC）复合材料的结构与性能进行了研究,采用SEM分析SiO₂/PSAC树脂浇铸体和QF-SiO₂/PSAC复合材料断面微观结构,并分析SiO₂的增韧机制。采用DMA和TGA分析了SiO₂/PSAC复合材料耐热性能和热稳定性,虽然SiO₂会导致树脂耐热性能略有下降,但其中空结构使树脂具有优异介电性能。当SiO₂的添加量达2wt%时,SiO₂/PSAC树脂浇铸体弯曲强度达22.3 MPa,失重5%温度为551℃,1 000℃残留率为86.5%;QF-2SiO₂/PSAC复合材料的弯曲强度为298.3 MPa,弯曲模量达31.0 GPa,分别提高了27.5%、59.0%;当SiO₂添加量为5wt%时,QF-5SiO₂/PSAC复合材料的剪切强度提高了16.0%。      

AlN/玻璃复合材料的相分布对导热性能的影响

以热压烧结方法在850～1000℃的低温下制备了Al/玻璃复合材料,通过组成变化研究了复合材料热导率的变化规律,利用SEM、TEM、XRD等方法观察了AlN/玻璃复合材料的显微结构和相组成与分布,讨论了复合材料的显微结构和相组成对热导率的影响,结果表明:AlN/玻璃复合材料的热导率随玻璃相的减少而增加,低温烧结的复合材料的热导率可以达到10W/m·K以上,材料的相分布对热导率的影响表现为:当玻璃相减少,AlN晶粒相互接触时,有利于热导率的提高;当材料内部以AlN晶相为主时,材料出现晶体的导热特征,即热导率随温度的升高而下降。     

一种氰酸酯-环氧树脂作为卫星结构件复合材料基体的评价

制备了氰酸酯树脂质量分数为75%的氰酸酯-环氧树脂（CE75）及高模碳纤维增强CE75（CF/CE75）的复合材料,研究了该树脂的工艺性,确定了其固化制度,考察了树脂的耐热性和力学性能,并在模拟空间环境条件下,考察了高模CF/CE75复合材料管件的力学性能和真空逸气性能。试验结果表明,CE75树脂具有良好的工艺性,适合湿法缠绕成型工艺。CE75树脂固化物表现出良好的耐热性,其玻璃化转变温度为195.6℃,起始热分解温度为368.6℃。高模CF/CE75复合材料抗空间环境性能优异,在真空环境下,复合材料真空逸气性能满足航天标准要求,经冷热循环（-196~130℃）200次后,管件力学性能保持率大于96%。高模CF/CE75复合材料是抗空间环境材料的理想候选材料。     

石墨烯微片表面接枝PMMA及其环氧树脂复合材料性能

利用石墨烯微片（GNPs）表面羟基与硅烷偶联剂反应,并通过原子转移自由基聚合（ATRP）方法在GNPs表面接枝了聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。应用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱和X射线衍射方法分析了化学接枝前后GNPs的微观结构变化。将接枝PMMA的GNPs加入环氧树脂中,研究其对环氧树脂力学性能与尺寸稳定性的影响。研究结果表明,与原始GNPs相比,表面接枝PMMA的GNPs对环氧树脂力学性能的增强作用更明显。添加质量分数为0.5%的GNPs-PMMA可以使环氧树脂拉伸强度和模量分别提高17.4%和75%,弯曲强度和模量也分别增加了6%和12%,同时可以使环氧树脂在低于玻璃化转变温度的线性热膨胀系数（CTE）降低25%。     

Ti3C2Tx/聚酰亚胺复合材料的制备及性能

为了改善聚酰亚胺（PI）的热学性能和冲击断裂强度、弯曲强度和硬度等力学性能,通过液相刻蚀三元层状陶瓷Ti₃AlC₂制备了二维层状结构纳米Ti₃C₂T_x,利用XRD、FE-SEM对产物进行了物相分析和微观结构表征;采用湿法球磨和热压成型法制备了不同Ti₃C₂T_x含量的Ti₃C₂T_x/PI复合材料,考察了Ti₃C₂T_x对复合材料热学性能、冲击断裂强度、弯曲强度和硬度等的影响,并分析了断面形貌。结果表明,所制备的Ti₃C₂T_x为纳米片层结构,片层厚度为20~50 nm,片层堆叠;二维Ti₃C₂T_x在PI基体中分散均匀,且固化过程中PI进入Ti₃C₂T_x层间提高了二者之间的结合力,使界面结合良好;Ti₃C₂T_x纳米片的添加提高了PI的玻璃化转变温度并改善了基体的冲击断裂强度、弯曲强度和硬度等,当Ti₃C₂T_x添加量为0.25wt%时,Ti₃C₂T_x/PI复合材料的玻璃化转变温度提高了17℃,冲击断裂强度提高了31%。