SiO2包覆石墨烯改性双马来酰亚胺复合材料的制备、表征与性能研究

来源 :哈尔滨理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Zero1_41004513
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高分子材料具有密度小、易加工、价格低廉、击穿强度高等诸多优点,在储能材料以及储能设备领域有着不可替代的作用。双马来酰亚胺(BMI)是一种具有较高耐热温度以及易于加工的树脂基体,近年来,在航空、航天、电子、电器等领域均有着广泛的应用。石墨烯(GE)具有极高的力学强度以及极高的电导率、热导率,为了改善BMI的力学性能、介电性能和耐热性能,通常采用GE与BMI共同制备复合材料。为提高GE在树脂基体中的分散性能,本文通过不同种方式分别对GE进行表面处理。首先采用乙烯基三甲氧基硅烷(a171)和γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(a174)两种硅烷偶联剂分别对GE进行表面处理得到两种硅烷偶联剂改性GE(a171-GE、a174-GE),并分析改性机理。同时,通过氧化还原法制备了表面带有含氧基团等缺陷结构的还原氧化石墨烯(r GO)。以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,通过st?ber法在上述三种改性石墨烯的表面包覆SiO2微球,分别制备了SiO2包覆、SiO2包覆以及SiO2包覆r GO(r GO@SiO2)三种无机组分。通过红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)等手段分析对比三种不同的改性石墨烯的包覆效果,探究包覆机理,并采用a171-GE@SiO2作为增强体制备复合材料。采用二烯丙基双酚A(BBA)、双酚A二烯丙基醚(BBE)为活性稀释剂,4,4’-二氨基二苯甲烷型双马来酰亚胺(MBMI)为反应单体制备树脂基体(MBAE),并以a171-GE@SiO2作为增强体,制备了a171-GE@SiO2/MBAE,并研究其微观结构与性能。复合材料断面形貌表明:在一定的质量分数以下,a171-GE@SiO2在MBAE中具有良好的分散性,结合冲击强度、弯曲强度测试发现,a171-GE@SiO2/MBAE的力学性能得到了显著提升。当a171-GE@SiO2含量为2wt%时,a171-GE@SiO2/MBAE冲击强度与弯曲强度为23k J/m2、157.4MPa,分别较MBAE基体提高了150%和57%。a171-GE@SiO2/MBAE介电常数随a171-GE@SiO2含量的提高而增大,且在2.4wt%时达到最大值92,是树脂基体的29倍;a171-GE@SiO2/MBAE的介电损耗随a171-GE@SiO2含量的提高有微弱上升,但仍小于0.01。a171-GE@SiO2/MBAE的耐热性能随a171-GE@SiO2含量的增加有一定程度的提高,当a171-GE@SiO2含量达到3wt%时,复合材料的Td达到最大值429℃。
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