【摘要】：玻璃纖維輕質(zhì)且高強(qiáng),是一種良好的骨架材料。本文通過(guò)玻璃纖維表面包裹石墨烯進(jìn)行改性,制備玻璃纖維-石墨烯/樹(shù)脂基復(fù)合材料。采用改進(jìn)的Hummers方法制備氧化石墨烯分散液,使用硅烷偶聯(lián)劑和牛血清白蛋白作為連接劑對(duì)玻璃纖維表面改性,利用靜電分子自組裝技術(shù)對(duì)玻璃纖維表面改性,再用還原劑對(duì)玻璃纖維表面的氧化石墨烯進(jìn)行還原。采用SEM、XRD、Ranman和FT-IR分別表征石墨烯和氧化石墨烯,分析所制備材料的性能參數(shù)形貌、相結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)鍵和分子結(jié)構(gòu)。通過(guò)接觸角測(cè)試、TGA測(cè)試分析玻璃表面的處理工藝。用上述改性玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基材料,并對(duì)所制備材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽效能進(jìn)行測(cè)試表征。得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下:氧化石墨烯含氧基團(tuán)主要以-OH、-COOH、-C-O、-C-O-C-等形式存在,氧化羧基、碳氧鍵的吸收峰強(qiáng)度大大降低,石墨烯還原后含氧基團(tuán)減少。氧化石墨烯的G峰變寬,并且出現(xiàn)新的代表碳原子sp3雜化的D峰,說(shuō)明含氧基團(tuán)的引入破壞了sp2雜化的π鍵結(jié)構(gòu)。還原后,ID/IG的比值減小,說(shuō)明還原過(guò)程中部分sp3雜化的碳原子恢復(fù)為sp2雜化的π鍵結(jié)構(gòu)。對(duì)比還原氧化石墨烯和氧化石墨烯的導(dǎo)電性,還原氧化石墨烯導(dǎo)電能力遠(yuǎn)高于氧化石墨烯導(dǎo)電能力。鹽酸溶液和氫氧化鈉堿溶液處理使玻璃表面發(fā)生羥基化,降低玻璃與水的接觸角,最優(yōu)工藝為3mol/L的酸溶液處理70min,接觸角為21°;堿處理最優(yōu)工藝為8mol/L的堿液處理40min,接觸角為16°。采用0.5wt.%-5.0wt.%偶聯(lián)劑,改性時(shí)間為10-50min,當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%時(shí),接觸角隨濃度的增大而增大接觸角達(dá)到68°,當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0%時(shí),濃度的增加對(duì)接觸角變化影響不大,偶聯(lián)劑處理的最佳工藝為濃度1.0wt.%,處理時(shí)間為30min。當(dāng)氧化石墨烯分散液濃度為1.0%,玻璃纖維表面僅包覆了稀少且小片層的氧化石墨烯片層,尚有大量的玻璃纖維表面裸露在外;氧化石墨烯濃度為1.5wt.%時(shí),氧化石墨烯對(duì)玻璃纖維完成了大面積覆蓋率的修飾,修飾后的表面具有良好的褶皺效果;氧化石墨烯的濃度繼續(xù)增大到2.0wt.%,氧化石墨烯的片層在玻璃纖維表面團(tuán)聚,不能達(dá)到均一、穩(wěn)定的效果。氧化石墨烯分散液包覆玻璃纖維最優(yōu)條件為:濃度1.5wt.%,處理時(shí)間70min。石墨烯改性后的玻璃纖維大幅度提升了樹(shù)脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)玻璃纖維添加量的含量為30wt.%時(shí),復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度最高,達(dá)到85.05MPa,比未增強(qiáng)的樹(shù)脂材料(56.16MPa)提高51.4%,主要?dú)w功于石墨烯改性使復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)改善,大幅度提升了復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度。當(dāng)玻璃纖維摻量達(dá)到20%時(shí),復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度達(dá)到最大值34MPa。隨玻璃纖維添加量10%、20%、30%和40%,復(fù)合材料的電磁屏蔽效能隨玻璃纖維摻量的增加而增加,復(fù)合材料在8.2GHz時(shí)的屏蔽效能分別為8.56dB、12.2dB、13.8dB和20.4dB,相對(duì)于未添加的2.1dB效能增強(qiáng)明顯。當(dāng)纖維摻量為40wt.%時(shí),所制備樣品獲得最佳的電磁屏蔽效果,電磁屏蔽效能的增加主要來(lái)自復(fù)合材料內(nèi)部的吸收損耗的增大。
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【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TB332

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉國(guó)強(qiáng);石福志;李耀剛;張青紅;王宏志;;石墨烯包覆玻璃纖維復(fù)合材料的制備及其電學(xué)性能研究[J];無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào);2015年07期

2 馬文石;周俊文;程順喜;;石墨烯的制備與表征[J];高校化學(xué)工程學(xué)報(bào);2010年04期

3 何s，

本文編號(hào)：2465492