纳米二氧化钛/石墨烯/环氧复合材料的制备与性能研究

来源 :沈阳航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:z360052113
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聚合物基复合材料因其优异的性能和结构可设计性而被广泛应用于诸多领域。其中,多组分聚合物基复合材料兼具界面效应和协同效应双重优势,可将材料性能提升更大化,从而获得众多学者关注与研究。功能组分的选择和微观结构的设计是影响多组分复合材料性能的关键所在,为此,选择纳米二氧化钛(Ti O2)与石墨烯作为功能组分,构造多孔泡沫结构,以期望获得性能优良的复合材料。本文首先采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),通过化学还原自组装法得到石墨烯气凝胶(GA);然后,利用溶胶-凝胶法在GA内原位生成纳米Ti O2,经微波辐照处理得到二氧化钛/微波还原石墨烯气凝胶(Ti O2/MRGA);最后,通过真空辅助浸渍工艺制备Ti O2/MRGA/环氧(EP)复合材料,并对其导电、电磁屏蔽和力学等性能进行研究。结果表明,经微波辐照处理,GA中大量含氧基团被脱除,碳原子的sp~2杂化结构得以恢复,显著提高了气凝胶的导电性能。并且,GA中原位生成的纳米Ti O2对三维网络框架起到加固作用,使得Ti O2/MRGA/EP复合材料表现出相对更高的电导率。研究同时发现,Ti O2/MRGA的界面与协同效应能够有效改善环氧树脂基体的电磁屏蔽性能。在3.5 wt%的Ti O2/MRGA填料负载下,Ti O2/MRGA/EP复合材料在X波段的电磁干扰屏蔽效能(EMI SE)达到32.5 d B;当Ti O2与MRGA的质量比在1~1.8范围内,Ti O2/MRGA/EP复合材料的平均EMI SE比MRGA/EP复合材料提高了37%。复合材料的屏蔽机制均以吸收为主。另外,Ti O2/MRGA的引入,提高了环氧树脂基体的压缩性能、玻璃化转变温度(Tg)和初始分解温度(Td,5%)。Ti O2/MRGA/EP复合材料的最大压缩屈服强度为188.73 MPa,Tg和Td,5%分别为100.1℃和172.8℃。
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