石墨烯包覆玻璃纖維復(fù)合材料的制備.pdf

1、本文通過玻璃纖維表面包裹石墨烯進行改性，制備玻璃纖維-石墨烯/樹脂基復(fù)合材料。采用改進的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玻璃纖維表面改性，利用靜電分子自組裝技術(shù)對玻璃纖維表面改性，再用還原劑對玻璃纖維表面的氧化石墨烯進行還原。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)。通過接觸角測試、TGA測試分析玻璃

2、表面的處理工藝。用上述改性玻璃纖維增強樹脂基材料，并對所制備材料的力學(xué)性能和電磁屏蔽效能進行測試表征。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴氧化石墨烯含氧基團主要以-OH、-COOH、-C-O、-C-O-C-等形式存在，氧化羧基、碳氧鍵的吸收峰強度大大降低，石墨烯還原后含氧基團減少。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，說明含氧基團的引入破壞了sp2雜化的π鍵結(jié)構(gòu)。還原后，ID/IG的比值減小，說明還原過程中部分sp

3、3雜化的碳原子恢復(fù)為sp2雜化的π鍵結(jié)構(gòu)。對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。⑵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，改性時間為10-50min，當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0％時，接觸角

4、隨濃度的增大而增大接觸角達到68°，當(dāng)偶聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1.0％時，濃度的增加對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，氧化石墨烯對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

5、墨烯的片層在玻璃纖維表面團聚，不能達到均一、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.％，處理時間70min。⑶石墨烯改性后的玻璃纖維大幅度提升了樹脂基復(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，復(fù)合材料的拉伸強度最高，達到85.05MPa，比未增強的樹脂材料(56.16MPa)提高51.4％，主要歸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)合材料的拉伸強度。當(dāng)玻璃纖維摻量達到20％