本文關(guān)鍵詞：聚多巴胺還原氧化石墨烯對環(huán)氧樹脂固化動力學(xué)及其力學(xué)性能影響機(jī)制的研究

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【摘要】：石墨烯具有出色的性能,被視作高性能復(fù)合材料的理想填料。然而,由于石墨烯層間存在強(qiáng)的相互作用,納米尺度的石墨烯很容易團(tuán)聚或者堆疊,難以在復(fù)合材料中均勻分散,極大限制了其力學(xué)等性能的充分發(fā)揮。本文基于采用貽貝啟發(fā)的多巴胺的自聚合及還原特性,對氧化石墨烯(GO)進(jìn)行了一步法化學(xué)還原與改性,成功制備了聚多巴胺還原氧化石墨烯(pDop-rGO)并進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)的表征分析,在此基礎(chǔ)上系統(tǒng)研究了pDop-rGO對環(huán)氧樹脂固化動力學(xué)的影響規(guī)律,深入探討了pDop-rGO的分散狀態(tài)與表面化學(xué)活性對環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)等性能的影響機(jī)制,建立了pDop-rGO對環(huán)氧復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制。主要工作如下：1、采用原位一步法成功制備了聚多巴胺還原氧化石墨烯(pDop-rGO)。通過紅外和元素分析研究GO改性前后表面官能團(tuán)和元素含量的變化,應(yīng)用熱失重測試研究了其熱穩(wěn)定性,采用掃描、透射和原子力顯微鏡對GO和pDop-rGO的微觀形貌進(jìn)行觀察。結(jié)果表明,相比于原始GO, pDop-rGO在1515cm-1處出現(xiàn)了N-H振動峰,同時在399.8eV處出現(xiàn)了N1s峰;熱失重由GO的57.40wt.%減小到了50.78wt.%; pDop-rGO和GO的微觀結(jié)構(gòu)很相似,pDop-rGO的厚度由GO的0.69nm增至0.98nm。2、基于非等溫DSC測試方法,同時應(yīng)用Friedman和Malek等理論方法,系統(tǒng)研究了GO和pDop-rGO對EP體系的活化能和固化機(jī)理的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn),相比于EP和EP/GO體系,pDop-rGO的加入降低了固化反應(yīng)活化能,提高了樹脂體系的固化反應(yīng)活性,這歸因于pDop-rGO表面的胺基團(tuán)。3、基于力學(xué)測試、DMTA和Raman等表征手段系統(tǒng)探討了pDop-rGO的分散狀態(tài)與表面化學(xué)活性對環(huán)氧復(fù)合材料力學(xué)等性能的影響機(jī)制,建立了pDop-rGO對環(huán)氧復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)制。研究表明,由于pDop-rGO表面具有高的化學(xué)反應(yīng)活性,pDop-rGO比GO有更好的分散狀態(tài)和增強(qiáng)效果,加入pDop-rGO后樹脂的力學(xué)性能明顯提高,且添加量為0.2wt.%時性能最佳。此外,Raman測試表明外部應(yīng)力由基體有效地傳遞到了pDop-rGO上,pDop-rGO的有效模量達(dá)到了107GPa, GO經(jīng)過多巴胺改性后與環(huán)氧樹脂間有更好的界面結(jié)合。
【關(guān)鍵詞】：多巴胺 氧化石墨烯 環(huán)氧 固化動力學(xué) 非等溫差示掃描
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11;TB332
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符號說明15-16
• 第一章 緒論16-34
• 1.1 石墨烯簡介16-20
• 1.1.1 石墨烯的特性及其制備方法16-19
• 1.1.2 氧化石墨烯的特性及其制備方法19-20
• 1.1.3 石墨烯、氧化石墨烯的應(yīng)用20
• 1.2 聚多巴胺簡介20-25
• 1.2.1 聚多巴胺的制備方法及其聚合機(jī)理20-22
• 1.2.2 聚多巴胺的特性及應(yīng)用22-24
• 1.2.3 多巴胺改性氧化石墨烯研究進(jìn)展24-25
• 1.3 環(huán)氧樹脂簡介25-28
• 1.3.1 環(huán)氧樹脂基體25-26
• 1.3.2 環(huán)氧樹脂固化動力學(xué)26-28
• 1.4 石墨烯聚合物復(fù)合材料28-31
• 1.4.1 石墨烯基材料的改性28-30
• 1.4.2 石墨烯聚合物材料的加工及應(yīng)用30-31
• 1.4.3 環(huán)氧樹脂/石墨烯復(fù)合材料31
• 1.5 本課題的研究內(nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)和意義31-34
• 第二章 實(shí)驗部分34-42
• 2.1 實(shí)驗原料34
• 2.2 實(shí)驗儀器及設(shè)備34-35
• 2.3 試樣的制備35-37
• 2.3.1 pDop的制備35
• 2.3.2 GO的制備35-36
• 2.3.3 pDop-rGO的制備36
• 2.3.4 固化動力學(xué)試樣的制備36-37
• 2.3.5 環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備37
• 2.4 表征與測試37-42
• 2.4.1 傅立葉紅外光譜(FTIR)表征37
• 2.4.2 表面元素分析(XPS)表征37-38
• 2.4.3 熱失重分析(TGA)表征38
• 2.4.4 掃描電子顯微鏡(SEM)表征38
• 2.4.5 透射電子顯微鏡(TEM)表征38
• 2.4.6 原子力顯微鏡(AFM)表征38-39
• 2.4.7 差示掃描量熱儀(DSC)測試39
• 2.4.8 樹脂澆鑄體力學(xué)測試39
• 2.4.9 光學(xué)顯微鏡(OM)與激光共聚焦顯微鏡(CLSM)表征39
• 2.4.10 動態(tài)機(jī)械熱分析(DMTA)測試39
• 2.4.11 拉曼(Raman)測試39-40
• 2.4.12 增強(qiáng)效率的分析40-42
• 第三章 結(jié)果與討論42-66
• 3.1 pDop-rGO的表征42-47
• 3.1.1 pDop-rGO表面基團(tuán)的分析42-43
• 3.1.2 pDop-rGO表面元素的分析43-44
• 3.1.3 pDop-rGO熱穩(wěn)定性的研究44-45
• 3.1.4 pDo-rGO微觀結(jié)構(gòu)的表征45-47
• 3.2 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂固化動力學(xué)影響規(guī)律的研究47-56
• 3.2.1 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂固化熱流曲線及轉(zhuǎn)化率的影響規(guī)律47-49
• 3.2.2 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂固化活化能的影響規(guī)律49-51
• 3.2.3 pDop-rGO/EP固化機(jī)理函數(shù)的分析51-54
• 3.2.4 pDop-rGO/EP固化反應(yīng)動力學(xué)的模擬54-55
• 3.2.5 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂固化反應(yīng)影響機(jī)制的研究55-56
• 3.3 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料性能影響機(jī)制的研究56-60
• 3.3.1 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能影響機(jī)制的研究56-58
• 3.3.2 pDop-rGO在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中的分散性58-59
• 3.3.3 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料DMTA影響機(jī)制的研究59-60
• 3.4 pDop-rGO對環(huán)氧樹脂復(fù)合材料增強(qiáng)機(jī)理的研究60-66
• 3.4.1 環(huán)氧復(fù)合材料在線拉曼光譜分析61-62
• 3.4.2 pDop-rGO在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料中作用機(jī)制的分析62-66
• 第四章 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74-76
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76-78
• 作者簡介78-80
• 導(dǎo)師簡介80-81
• 附件81-82

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