论文部分内容阅读
近年来,各种填料被用于制备聚合物复合材料。填料在聚合物基体中均匀分散是提高聚合物性能的主要规律。此外,填料的几何形状（微观或纳米尺寸）有助于提高聚合物的性能。近年来,人们将纳米材料作为聚合物填料,其中以炭黑、膨胀石墨、碳纳米管、碳纳米纤维、氧化石墨烯等为基础的碳基填料成为研究热点。人们对氧化石墨烯在物理、化学和材料科学等不同领域有着浓厚的兴趣。广泛的物理性质、化学柔韧性、光学性质和潜在的应用已经产生了数千篇文章。其中,GO作为填料对橡胶、聚苯胺、聚氨酯、环氧等不同高分子材料的影响,可以通过多种方法制备氧化石墨烯。然而,所有这些都是基于石墨的溶液化学氧化还原反应。氧化石墨烯在环氧树脂中的应用已有多年,由于其广泛的应用,GO/环氧复合材料的研究仍在继续。将环氧树脂优异的性能与GO的优异性能联系起来,至今仍是众多研究者关注的热点。GO与环氧树脂基体的均匀分散和界面作用是提高环氧树脂性能的主要规律。采用不同的方法分散环氧树脂基体,从简单的混合到超声波技术。此外,GO还通过分布在其表面和边缘的含氧官能团,用多种材料对其进行了改性。这些改性显著改善了 GO与环氧网络之间的分散性和相互作用键。这些材料的一个选择是氟化材料。碳氟基团以其优异的热稳定性、抗腐蚀性、耐候性和低表面能而闻名。然而,氟化剂与环氧树脂的相容性较低,限制了其在此类体系中的应用。因此,用氟化剂对GO进行改性,可以提高其在环氧树脂中的分散性。本研究旨在探讨含氟改性氧化石墨烯在制备具有优异力学性能、热稳定性和耐腐蚀性能的复合材料方面的潜力。采用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯。用不同的含氟化合物合成了三种改性氧化石墨烯（GOFO、GOSiFF和GOSiF）。氟化剂的选择是根据其氟含量和反应位点。GO有助于提高环氧树脂复合材料的力学性能和热稳定性,而氟化合物有助于提高环氧树脂复合材料的接触角和耐腐蚀性能。在改性GO的特定负载量下,所有环氧树脂复合材料都有显著的改善。1.在第一个研究中,通过GO与十六氟（1,10）癸二醇直接反应制备了氟化氧化石墨烯（GOFO）。通过傅立叶变换红外光谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、X射线衍射和热重分析证实了反应的成功。将改性石墨烯材料分散到环氧树脂（E-44）中,用4,4-二氨基二苯砜（DDS）固化,制备了GOFO/环氧复合材料。研究了环氧树脂复合材料的力学性能、热稳定性、吸水率和接触角。当GOFO的质量分数为0.5wt%时,拉伸模量和断裂模量分别提高了 12.52%和62.85%。然而,与预期不同的是,在0.3 wt.%的负载下,热稳定性、吸水率和接触角都得到了最显著的改善。T5%、T50%和Tdec下的热稳定性分别提高了13oc、15oc和13oc。吸水率和接触角分别提高29.63%和43.56%。此外,在0.3 wt.%GOFO的碱性溶液中,吸水率从1.56%正下降到1.01%。通过前面的分析,可以满意地得出结论:0.3 wt.%的GOFO负载量是热稳定性、接触角和吸水率的最佳含量,而0.5 wt.%的负载量显示出拉伸模量、弯曲模量和强度的改善。2.在本研究中,通过两步反应,用全氟乙烯对GO进行改性。GO与二氯甲基硅烷反应制备硅烷改性GO（戈西）。通过硅氢加成反应合成全氟乙烯基环氧乙烷（gosif）。用傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱和拉曼光谱对GOSiFF进行了仔细分析。将GOSiFF分散于市售环氧树脂（E-44）中,用二乙烯三胺（DETA）固化,制备了GOSiFF/环氧复合材料。使用0.9 wt.%GOSiFF可获得更好的增强效果。结果显示了一些令人兴奋的现象。用0.9wt%的GOSiFF,拉伸和弯曲模量分别提高了23.84%和28.23%。此外,在热稳定性、接触角和表面能方面,0.9wt%的负载量的改善最为显著。此外,GOSiFF复合材料具有良好的耐腐蚀性能。加载0.9wt%时,0.01hz的阻抗模量和涂层电阻分别提高了776%和177%。最显著的改进是在高GOSiFF负载下实现的。GOSiFF的氟基团与环氧树脂的羟基之间形成良好的氢键,提高了环氧树脂的性能。3.在本研究中,GO被三甲氧基三氟丙基硅烷改性。用傅立叶变换红外光谱、热重分析、拉曼光谱、X射线光电子能谱和X射线衍射仪对改性氧化石墨烯（GOSiF）进行了分析。通过将改性石墨烯材料分散在商用环氧树脂（E-44）中充分制备了GOSiF/环氧复合材料,并用二乙烯三胺（DETA）固化至70 oC。EDX和SEM分析证明GOSiF在环氧树脂基体中具有良好的分散性。在0.1wt.%和0.5wt.%GOSiF载荷下,拉伸和弯曲模量分别提高了 11.46%和62.25%。在0.3wt%负荷下,热稳定性、吸水率和扩散系数均得到改善。然而,不遵循同样的现象,在酸性溶液中,0.5 wt.%的GOSiF提高了吸水率。与预期不同的是,在0.1 wt%的负载下,涂层性能得到了显著的改善。0.01hz时的阻抗模量和涂层电阻随0.1wt.%GOSiF的变化分别为1073%和2583%。然而,当GOSiFF负载量为0.1wt%时,阻抗和涂层电阻分别提高了445%和219%。GOSiF改性环氧树脂的耐腐蚀性能优于GOSiFF复合材料。