使用層間噴涂法制備了石墨烯/炭纖維/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)復(fù)合材料,對(duì)材料微觀形態(tài)、力學(xué)性能、熱學(xué)以及電學(xué)性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)從57.3 MPa增加到77.6 MPa,彎曲強(qiáng)度和彎曲模量分別從1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示掃描量熱結(jié)果證明少量石墨烯的加入能夠提高復(fù)合材料基體的結(jié)晶度。同時(shí)復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率也隨著石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,復(fù)合材料的熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率與未加入石墨烯相比分別增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK復(fù)合材料與CF/PEEK相比具有更優(yōu)良的綜合性能。 

【文章來源】：新型炭材料. 2017年02期 北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

Ｒ/CF/PEEK復(fù)合材料的制備過程

櫓懈春喜牧蝦穸確較虻娜壤┥⒙?α)通過激光閃光熱分析儀(LFA447/2-2lnsbNanoFlash)來進(jìn)行測(cè)量。比熱(Cp)通過200F3差示掃描量熱儀(DSC)測(cè)量。密度(ρ)通過(5)式進(jìn)行計(jì)算:ρ=mV(5)其中，m和V分別為樣品的質(zhì)量和體積。熱導(dǎo)率(κ)通過(6)式進(jìn)行計(jì)算:κ=αCpρ(6)2．2．5電學(xué)性能測(cè)試試樣的電阻通過直流電阻測(cè)試儀(GF2516A)測(cè)量，電導(dǎo)率(σ)通過(7)式進(jìn)行計(jì)算:σ=1Ｒ×LS(7)其中，Ｒ為試樣的電阻，L為電阻方向的長(zhǎng)度，S為垂直于長(zhǎng)度方向的橫截面積。3結(jié)果與討論3．1預(yù)浸片形貌分析圖2(a、b)為未噴涂石墨烯的CF/PEEK預(yù)浸片的電鏡照片，可以看出，未噴涂石墨烯時(shí)纖維表面很光滑，纖維之間充斥著聚醚醚酮樹脂。圖2(c，d)、(e，f)、(g，h)分別為噴涂0．1wt%、0．3wt%、0．5wt%石墨烯分散液的預(yù)浸片的低倍和高倍放大照片。從低倍圖中可以看出不僅纖維表面附著有石墨烯，樹脂上也同時(shí)附著有石墨烯(圖中圓圈部分所示)。圖2預(yù)浸片的掃描電鏡照片:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEKFig．2SEMimagesofprepregs:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEK．3．2層間剪切強(qiáng)度圖3為不同石墨烯含量的GＲ/CF/PEEK復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。純CF/PEEK的層間剪切強(qiáng)度為57．3MPa;加入0．1wt%、0．3wt%、0．5wt%·154·新型炭材料第32卷

砑郵??┑腃F/PEEK相比也有明顯的增加。圖4是對(duì)應(yīng)的層間剪切破壞面的掃描電鏡照片。從圖4(a)，(b)中可以看出，未添加石墨烯時(shí)，層剪破壞后纖維表面殘留的基體樹脂較少，且有一部分纖維是裸露的，說明纖維和基體樹脂的界面結(jié)合作用相對(duì)較弱，表現(xiàn)為混合破壞模式;從圖(c)～(h)可以看出，添加石墨烯后，層剪破壞面中炭纖維表面被殘留的基體樹脂所覆蓋，表現(xiàn)為內(nèi)聚破壞模式［19，20］，說明石墨烯的加入確實(shí)能夠提高纖維和樹脂的界面結(jié)合強(qiáng)度，這有利于纖維-樹脂間的應(yīng)力傳遞，進(jìn)而提高復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度。圖3不同石墨烯含量復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度Fig．3ILSSofdifferenttypesofcomposites．圖4復(fù)合材料層間剪切破壞面的掃描電鏡照片:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEKFig．4SEMimagesofILSSfracturedsurfacesofcomposites:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEK．除了纖維和樹脂的界面結(jié)合外，樹脂基體的性質(zhì)也會(huì)影響復(fù)合材料的強(qiáng)度［21］，而石墨烯的加入能夠提高樹脂的性能，使得樹脂在破壞過程中產(chǎn)生較大的變形。圖5、圖6分別是層間剪切破壞后裂紋擴(kuò)展區(qū)域的掃面電鏡照片。從圖5可以看出，對(duì)于未添加石墨烯的復(fù)合材料，破壞區(qū)域的纖維和樹脂界面比較光滑(圖5a，b)，這也證明纖維和樹脂的結(jié)合強(qiáng)度相對(duì)較弱，同時(shí)樹脂在破壞過程中產(chǎn)生的變形也較少(圖5c，d);而對(duì)于添加了0．1wt%的復(fù)合材料，可以看出纖維-樹脂界面在破壞發(fā)生后仍有部分連接(圖6a，b)，同時(shí)樹脂在裂紋擴(kuò)展過程中發(fā)生了變形(圖6c，d)，這個(gè)過程能消耗大量的能量，提高破壞發(fā)生所需要的載荷，因此有利于復(fù)合材料層間剪切

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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