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石墨烯对二氧化硅材料的表面修饰及树脂基复合材料性能研究

发布时间:2018-01-08 16:31

  本文关键词:石墨烯对二氧化硅材料的表面修饰及树脂基复合材料性能研究 出处:《济南大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


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【摘要】:石墨烯是一种由单层碳原子以六元环方式紧密堆积形成的二维蜂窝状碳质材料,拥有常规碳材料不具备的理想的晶格结构以及优越的电学、光学、热学和机械等特性,在众多领域拥有巨大的潜在应用价值,石墨烯及其复合材料已成为各领域研究的热点。二氧化硅材料如空心玻璃微珠(HGM)和玻璃纤维(GF)等,由于它们的物理和化学性质比较稳定,机械强度高,易于表面改性等优点,而被广泛应用于复合材料、化学合成、生物科学等领域。针对改进的Hummers氧化法制得的GO,在碱性条件下采用硼氢化钠将GO还原制得到RGO,与肼还原方法相比,这种方法更简单、绿色环保。采用SEM、TEM、AFM、FTIR、XRD、XPS对产物的微观形貌、化学结构和晶体结构进行了表征分析。GO片层具有明显的褶皱,并含有大量的活性含氧官能团。RGO中大部分含氧基团被去除,碳氧比显著增高,由亲水性转变为疏水性。利用静电自组装及化学还原的方法制备了GO物理吸附HGM(GO@HGM)和RGO物理吸附HGM(RGO@HGM),通过TEM、AFM、XRD、FTIR等多种研究,表明GO被成功吸附在HGM表面以及HGM表面GO的还原。用HGM、GO@HGM和RGO@HGM分别制备环氧树脂基复合材料。当GO浓度为0.8mg/ml时,HGM上GO包覆量最高,改性后复合材料的抗压性能达到最高,比改性前分别提高了12%和12.9%。同时,GO和RGO对HGM的改性提高了复合材料的耐热性能。通过GO与经偶联剂KH550改性GF发生化学反应,制备GO共价接枝改性的GF(GO-GF)。红外光谱测试表明,GO表面羧基与GF表面胺基发生了酰胺反应。对GF、GO-GF及GO物理吸附玻璃纤维(GO@GF)、制备的树脂基复合材料进行层间剪切强度(ILSS)进行测试,结果显示,化学接枝法比物理吸附方法对材料界面性能的改善作用更强。当GO的浓度为1.6mg/ml时,GO@GF和GO-GF制备的复合材料的ILSS最高,比未改性GF制备的复合材料分别提高了16.1%和41%。观察复合材料SEM断面发现,GO-GF/环氧树脂基复合材料,拔出的GF量少且长度较短,GF表面粘附了大量的树脂基体,GO-GF与基体树脂界面粘结性能最优。
[Abstract]:Graphene is a kind of two-dimensional honeycomb carbonaceous material, which is composed of single-layer carbon atoms packed in six-element ring. It has ideal lattice structure and superior electricity and optics that conventional carbon materials do not have. Thermal and mechanical properties have great potential application value in many fields. Graphene and its composites have become the focus of research in various fields. Silica materials such as hollow glass beads (HGM) and glass fiber glass (GFG) are stable because of their physical and chemical properties. Because of its high mechanical strength and easy surface modification, it has been widely used in the fields of composite materials, chemical synthesis, bioscience and so on. In alkaline condition, go was reduced by sodium borohydride to get RGO.Compared with hydrazine reduction method, the method was simpler and green. The microstructure, chemical structure and crystal structure of the product were characterized by XPS. The lamellae had obvious folds, and most of the oxygen-containing groups were removed from the active oxygen-containing functional group. The ratio of carbon to oxygen increased significantly. From hydrophilicity to hydrophobicity, go physical adsorption (HGM) and RGO physical adsorption (HGM) were prepared by electrostatic self-assembly and chemical reduction. By means of FTIR and other studies, it is shown that go was successfully adsorbed on the surface of HGM and on the surface of HGM. The reduction of go on the surface of HGM was carried out by HGM. Epoxy resin matrix composites were prepared by GO@HGM and RGO@HGM respectively. When go concentration was 0.8mg / ml, the coating amount of go on HGM was the highest. The compressive resistance of the modified composite is the highest, which is 12% and 12.9 higher than that before modification, respectively. At the same time. The modification of HGM by go and RGO improved the heat resistance of the composite. The chemical reaction between go and GF modified by coupling agent KH550 took place. Go covalent graft modified GFO-GFO was prepared. The IR spectra showed that the carboxyl group on the surface of go reacted with the amino group on the surface of GF. The interlaminar shear strength of the resin matrix composite prepared by GO-GF and go physically adsorbed glass fiber glass fiber was tested and the results showed that the results were as follows. When the concentration of go is 1.6 mg / ml, the ILSS of the composite prepared by GGF and GO-GF is the highest. Compared with the composites prepared with unmodified GF, they were increased by 16.1% and 41 respectively. Observing the SEM section of the composites, we found that the GO-GF / epoxy matrix composites. A large number of resin matrix (GO-GF) was adhered to the surface of GO-GF and the interfacial bond between GO-GF and matrix resin was optimal.
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB332

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本文编号:1397878

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