1、液晶聚氨酯接枝氧化石墨液晶聚氨酯接枝氧化石墨/環氧樹環氧樹脂復合材料的制備及性能研究脂復合材料的制備及性能研究 導 師:陸紹榮答辯人:歐源科專 業:高分子材料與工程論文內容論文內容前言前言實驗部分實驗部分表征分析表征分析結論結論12341前言前言1.1樹脂基復合材料樹脂基復合材料 樹脂基復合材料（Resin Matrix Composite）也稱纖維增強材料（Fiber Reinforced Plastics）。目前，隨著復合材料工業的迅速發展，樹脂基復合材料正憑借它本身固有的輕質高強、成型方便、不易腐蝕、質感美觀等優點，越來越受到人們的青睞 。1前言前言1.2 環氧樹脂及其改性環氧樹脂及其改

2、性1.2.1環氧樹脂環氧樹脂 優點：優點：由于環氧樹脂具有優異的粘接性能、耐磨蝕性、力學性能、化學穩定性、電器絕緣性，以及收縮率低、易加工成型、較好的應力傳遞和成本低廉 缺點缺點：內應力大、質脆、耐疲勞性、耐熱性、耐沖擊性差等不足，導致剝離強度、剪切強度較差、開裂應變低等諸多缺點1前言前言1.2.2環氧樹脂的改性方法環氧樹脂的改性方法 橡膠類彈性體增韌環氧樹脂 熱塑性塑料增韌環氧樹脂 熱致液晶聚合物(TLCP)增韌環氧樹脂 柔性鏈段固化劑增韌環氧樹脂 無機納米材料改性環氧樹脂 互穿網絡(IPN)結構的環氧樹脂體系 聚氨酯改性環氧樹脂1前言前言1.3 石墨烯及其氧化石墨烯石墨烯及其氧化石墨烯 石

3、墨烯是一種單層碳原子緊密堆積而形成的炭質新材料，是構建其他維數碳質材料的基本結構單元。 其厚度只有0.335nm，是目前世界上最薄的二維材料。 石墨烯具有優異的力學、熱學和電學性能：強度達130GPa，比世界上最好的鋼高出100倍，是目前強度最高的材料；熱導率可達5000Wm-1K-1，是金剛石的3倍；石墨烯載流子遷移率則高達15000cm2V-1S-1，是商用硅片的10倍以上。 超大的比表面積（2630m2/g）、室溫量子霍爾效應和良好的鐵磁性。1前言前言圖1 氧化石墨烯的示意圖 1前言前言1.4 液晶高分子復合材料液晶高分子復合材料 液晶高分子復合材料將液晶高分子的特性，如鏈剛性，大的長徑

4、比，高取向性，優秀的耐熱性等和其他復合成分的有用性質結合起來，有利于改善材料的性能，擴大材料的應用領域。 3 實驗部分實驗部分2.1 液晶聚氨酯的制備液晶聚氨酯的制備 圖2 液晶聚氨酯的合成路線2 實驗部分實驗部分2.2 氧化石墨烯（氧化石墨烯（GO）的合成）的合成 圖3 氧化石墨烯 2 實驗部分實驗部分2.3 液晶聚氨酯接枝氧化石墨液晶聚氨酯接枝氧化石墨圖4 GO-LC的合成路線 2 實驗部分實驗部分2.4 GO-LC/環氧樹脂復合材料的制備環氧樹脂復合材料的制備 制備含kwt%（k=1,3,5,7）的GO-LC復合材料 3 表征分析表征分析 圖5 GO和GO-LC的紅外光譜圖 3.1 FT

5、-IR分析分析3 表征分析表征分析3.2 GO及GO-LC的TGA分析 圖6 GO及GO-LC的TGA分析 3 表征分析表征分析3.3 GO及及GO-LC的的WAXD分析分析 圖7 GO及GO-LC的WAXD衍射圖 3 表征分析表征分析3.4 GO-LC/EP復合材料的復合材料的TGA分析分析圖8 GO-LC/EP復合材料的TGA分析 3 表征分析表征分析3.5 GO-LC/環氧樹脂的環氧樹脂的WAXD分析分析圖9 GO-LC/環氧樹脂的WAXD衍射圖 3 表征分析表征分析3.6 GO-LC/E-51復合材料的力學性能復合材料的力學性能表1 GO-LC/E-51復合材料的力學性能GO-LCCo

6、ntent(wt%) Impactstrength(kJ/m2) Tensilestrength(MPa) Flexuralstrength(MPa) Flexuralmodulus(MPa) 017.4956.8779.352140130.1094.81131.052880332.3071.041322955517.2338.72103.502375711.8538.66112.9024253 表征分析表征分析3.7 Dynamic mechanical analysis (DMA)分析分析圖10 環氧樹脂復合材料的動態熱力學分析(A) 儲能模量 (E) and (B) 損耗因子 50100

7、15020025005001000150020002500 Storage Modulus(MPa)Temperature(oC) Neat epoxy 1 wt% GO-LC/epoxy 3 wt% GO-LC/epoxy 5 wt% GO-LC/epoxy 7 wt% GO-LC/epoxy3 表征分析表征分析3.8 GO-LC/E-51復合材料的微觀形態分析復合材料的微觀形態分析 (a) Neat epoxy (b) 1wt% GO-LC (c) 3wt%GO-LC (d)5wt% GO-LC (e)7wt% GO-LC圖11 GO-LC/E-51復合材料的掃描電鏡圖 4 結論結論u（1

8、）結構上氧化石墨烯成功的接枝了液晶聚氨酯，兩者實現性能互補。u（2）當GO-LC含量為3wt%時，復合材料的沖擊強度提高到32.30kJ/m2，是純環氧樹脂體系的1.85倍左右；拉伸強度和彎曲強度以及彈性模量最高分別提高了1.67倍、1.65倍、1.38倍。u（3）改性后復合材料的起始分解溫度相對純環氧樹脂高出10-15oC，材料的熱性能得到了很大的提高。此外，復合材料儲能模量隨著GO-LC含量的增加而增加，在GO-LC含量為3wt%時玻璃化轉變溫度比純環氧樹脂提高了10oC。4 結論結論u（4）掃描電鏡圖表明：GO-LC的加入使材料在斷裂過程中產生了塑性形變，裂紋在擴展過程中，垂直于擴展方向的裂紋吸收更多的沖擊能，沖擊強度得以大幅增加，并且斷面形成后，斷裂面上的彈性分子將產生彈性回復及斷裂韌窩，增韌作用明