石墨烯增强环氧树脂基复合材料的研究进展
《阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂性能研究》

《阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂性能研究》一、引言随着现代工业的快速发展,阻燃材料在电子、航空、交通等领域的应用越来越广泛。
环氧树脂作为一种重要的热固性塑料,其阻燃性能的研究显得尤为重要。
石墨烯作为一种新型纳米材料,具有优异的物理和化学性能,被广泛应用于增强各种聚合物的性能。
因此,研究阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能,对于提高材料的阻燃性能和力学性能具有重要意义。
二、阻燃环氧树脂的研究2.1 阻燃环氧树脂的制备阻燃环氧树脂的制备主要通过在环氧树脂中添加阻燃剂实现。
常用的阻燃剂包括卤素系、磷系、氮系等。
其中,磷系阻燃剂因其高效、低烟、无卤等优点,在阻燃环氧树脂的制备中得到了广泛应用。
2.2 阻燃性能研究阻燃性能是评价阻燃环氧树脂性能的重要指标。
通过对阻燃环氧树脂进行垂直燃烧、水平燃烧、烟密度等测试,可以评估其阻燃性能。
研究表明,添加适量的磷系阻燃剂可以有效提高环氧树脂的阻燃性能,降低材料的燃烧速度和烟密度。
三、石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能研究3.1 石墨烯增强阻燃环氧树脂的制备石墨烯增强阻燃环氧树脂的制备主要是在阻燃环氧树脂中添加石墨烯。
石墨烯具有优异的力学、热学和电学性能,可以显著提高聚合物的力学性能和热稳定性。
通过改变石墨烯的添加量和分散性,可以制备出具有不同性能的石墨烯增强阻燃环氧树脂。
3.2 力学性能研究力学性能是评价石墨烯增强阻燃环氧树脂性能的另一重要指标。
通过对材料的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等进行分析,可以评估其力学性能。
研究表明,添加适量的石墨烯可以显著提高环氧树脂的力学性能,增强材料的韧性和强度。
3.3 热稳定性研究石墨烯的加入还可以提高阻燃环氧树脂的热稳定性。
通过热重分析(TGA)等测试手段,可以评估材料的热稳定性。
研究表明,石墨烯的加入可以降低材料的热分解速率,提高其热稳定性。
四、结论本文研究了阻燃环氧树脂及石墨烯增强阻燃环氧树脂的性能。
通过添加磷系阻燃剂,可以有效提高环氧树脂的阻燃性能;而石墨烯的加入则可以显著提高环氧树脂的力学性能和热稳定性。
石墨烯在环氧树脂中的应用

石墨烯在环氧树脂中的应用石墨烯的简介石墨是碳单质的同素异形体,碳元素的神奇的六号元素,碳单质同素异形体从最硬到极软,从全吸收到全透光,绝缘体到半导体到导体,绝热到良导热,而石墨烯就是单原子层的石墨。
石墨烯增强树脂机理石墨烯具有很大的表比面积,加上石墨烯的分子级的分散,可与聚合物之间形成很强的界面作用,羟基等官能团和制作过程均会使石墨烯变成褶皱的状态,这些纳米级的不平整可增强石墨烯与聚合物链之间的相互作用。
官能团化石墨烯表面含有羟基,羧基等化学基团,可与极性高分子如聚甲基丙烯酸甲酯形成较强的氢键。
石墨烯在环氧树脂中的应用——导电性改性的石墨烯于环氧树脂复合,加入2%的改性石墨烯,环氧复合材料的储能模量增大113%,加入4%是,强度增大38%。
纯EP树脂的电阻为10^17欧姆.厘米,添加氧化石墨烯后电阻下降6.5个数量级。
石墨烯在环氧树脂中的应用——导热性将碳纳米管、石墨烯加到环氧树脂中,当加入20 vol% CNTs 20 vol%GNPs, 复合材料的导热系数可达7.3W/mK.石墨烯在环氧树脂中的应用——阻燃性当加入5wt%有机功能化氧化石墨烯时阻燃值提高23.7%,加入5wt%的石墨烯时阻燃性能提高43.9%。
石墨烯导热塑料的优势石墨烯导热塑料容易加工、成型耗费能源少、密度适中做出产品轻巧、可降解对环境污染小、加工可自动化高效、颜色丰富任意调整、仓库运输成本大量降低、不易碰撞变形、可绝缘不易造成安全隐患,散热均匀。
环氧树脂的种类1. 缩水甘油醚型树脂缩水2.缩水甘油脂型树脂3.缩水甘油胺型树脂4.脂环族环氧化合物5.线状脂肪族环氧化合物。
环氧树脂的用途环氧树脂一般和添加物同时使用,以获得应用价值。
添加物可按不同用途加以选择,常用添加物有以下几类:(1)固化剂;(2)改性剂;(3)填料;(4)稀释剂;(5)其它。
其中固化剂是必不可少的添加物,无论是作粘接剂、涂料、浇注料都需添加固化剂,否则环氧树脂不能固化。
石墨烯基环氧树脂复合材料制备与性能优化

石墨烯基环氧树脂复合材料制备与性能优化石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶格结构,具有极高的强度、导电性和导热性以及良好的机械性能。
而环氧树脂则是一种广泛应用于复合材料制备的聚合物材料,具有良好的耐化学品性能和力学性能。
将石墨烯与环氧树脂复合可以提高材料的性能,从而满足各种工业应用的需求。
本文将讨论石墨烯基环氧树脂复合材料的制备方法和性能优化方向。
首先,石墨烯基环氧树脂复合材料的制备方法有多种途径。
其中一种常用的方法是通过机械剪切和化学改性将石墨烯导入到环氧树脂中。
这种方法可以在保持石墨烯的高导电性和导热性的同时,改善其与环氧树脂的相容性。
另一种方法是利用化学气相沉积等技术在石墨烯上形成有机功能团,然后将石墨烯与环氧树脂表面进行化学键合。
这种方法可以增加石墨烯与环氧树脂的界面结合强度,提高材料的力学性能。
石墨烯基环氧树脂复合材料的性能优化可以从多个方面进行。
首先,可以通过调整石墨烯的含量来实现性能的优化。
石墨烯的加入可以提高材料的导电性和导热性,并增加材料的强度和刚度。
然而,过高的石墨烯含量可能导致材料的断裂韧性下降。
因此,需要找到合适的石墨烯含量,以实现复合材料性能的最佳平衡。
其次,可以通过表面改性来优化石墨烯基环氧树脂复合材料的性能。
石墨烯表面的有机功能团可以改善其与环氧树脂之间的界面结合强度,并提高材料的综合性能。
例如,通过在石墨烯表面引入羟基基团,可以增加其与环氧树脂的相容性,从而提高复合材料的力学性能和热稳定性。
此外,改变环氧树脂的硬度和交联程度也可以优化石墨烯基环氧树脂复合材料的性能。
较高硬度的环氧树脂可以提高复合材料的刚度和强度,而较低硬度的环氧树脂可以增加材料的韧性。
另外,适当调节环氧树脂的交联程度可以改善材料的热稳定性和耐化学品性能。
因此,需要根据具体应用需求选择合适的环氧树脂配方。
最后,可以通过纳米复合技术来优化石墨烯基环氧树脂复合材料的性能。
纳米材料的加入可以改善材料的导电性和导热性,并增加材料的综合性能。
石墨烯复合材料研究进展

石墨烯复合材料研究进展摘要:近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性, 且添加到基体材料中可以提高复合材料的性能,拓展其功能,因此石墨烯复合材料的制备成为研究热点之一。
本文介绍了国内外对石墨烯复合材料的研究,对石墨烯复合材料的研究进展及现状进行了详细的介绍,并对石墨烯复合材料的发展趋势进行了展望。
关键词:石墨烯;复合材料;研究进展一、引言石墨烯因其优异的物理性能和可修饰性, 受到国内外学者的广泛关注。
石墨烯的杨氏模量高达1TPa、断裂强度高达130GPa,是目前已知的强度性能最高的材料,同时是目前发现电阻率最小的材料, 只有约10-8Ω·m;拥有很高的电子迁移率,且具有较高的导热系数。
氧化石墨烯作为石墨烯的重要派生物,氧化石墨烯薄片在剪切力作用下很容易平行排列于复合材料中, 从而提高复合材料的性能。
本文总结介绍了几种常见的石墨烯复合材料。
二、石墨烯复合材料(1)石墨烯及氧化石墨烯复合材料膜聚乙烯醇(PVA)结构中有非常多的羟基,因此其能与水相互溶解,溶解效果很好。
GO和PVA都可以在溶液中形成均匀、稳定的分散体系。
干燥成型后,GO在PVA中的分散可以达到分子水平,GO表面丰富的含氧官能团可以与PVA的羟基形成氢键,因此添加少量的GO可以显著提高复合材料的力学性能。
樊志敏[1]等制备出了氧化石墨烯纳米带/TPU复合膜。
通过机械测试显示,当加入氧化石墨烯纳米带的量为2%时,复合薄膜的弹性模量和抗拉强度与不加氧化石墨烯纳米带的纯TPU薄膜相比都得到了非常大的提高,分别提高了160%和123%。
马国富[2]等人发现,在聚乙烯醇(PVA)和氧化石墨烯(GO)复合制备的得复合薄膜中,GO均匀的分散在PVA溶液中,PVA的羟基与GO表面的含氧基团发生相互作用复合而不分相。
加入GO之后,大大提高了复合膜的热稳定性,当加入的GO量为3%时,纳米复合膜力学性能测试出现最大值,此时断裂伸长率也出现了最大值,这表明在此GO含量时复合膜有最佳性能;与不加GO的纯PVA膜相比,当加入的GO量为3%时,耐水性也大大地提高。
石墨烯复合材料的制备及应用研究进展

石墨烯复合材料的制备及应用研究进展一、本文概述石墨烯,作为一种新兴的二维纳米材料,因其独特的电子结构、优异的物理和化学性能,在复合材料领域引起了广泛的关注。
石墨烯复合材料结合了石墨烯和其他材料的优点,使得这种新型复合材料在力学、电学、热学等方面表现出色,因此具有广阔的应用前景。
本文旨在综述石墨烯复合材料的制备方法、性能特点以及在不同领域的应用研究进展,以期为石墨烯复合材料的进一步研究和实际应用提供理论支持和参考。
本文将首先介绍石墨烯及其复合材料的基本概念和特性,然后重点综述石墨烯复合材料的制备方法,包括溶液混合法、原位合成法、熔融共混法等。
接着,文章将探讨石墨烯复合材料在能源、电子、生物医学、航空航天等领域的应用研究进展,分析其在提高材料性能、降低成本、推动相关产业发展等方面的重要作用。
本文还将对石墨烯复合材料未来的研究方向和应用前景进行展望,以期推动这一领域的持续发展和创新。
二、石墨烯复合材料的制备方法石墨烯复合材料的制备方法多种多样,每一种方法都有其独特的优点和适用范围。
以下是几种主要的制备方法:溶液混合法:这是最简单且最常用的方法之一。
首先将石墨烯分散在适当的溶剂中,然后通过搅拌或超声处理使其均匀分散。
接着,将所需的基体材料(如金属氧化物、聚合物等)加入溶液中,通过搅拌或热处理使石墨烯与基体材料充分混合。
通过过滤、干燥等步骤得到石墨烯复合材料。
这种方法操作简便,但石墨烯在溶剂中的分散性和稳定性是关键因素。
原位生长法:这种方法通常在高温或特定气氛下进行,利用石墨烯与基体材料之间的化学反应,使石墨烯在基体材料表面或内部原位生长。
例如,通过化学气相沉积(CVD)或热解等方法,在金属氧化物或聚合物表面生长石墨烯。
这种方法可以得到石墨烯与基体材料结合紧密、性能优异的复合材料,但操作过程较复杂,且需要特殊的设备。
熔融共混法:对于高温稳定的基体材料,如金属或某些聚合物,可以采用熔融共混法制备石墨烯复合材料。
石墨烯在聚合物改性中的研究进展

石墨烯在聚合物改性中的研究进展一、石墨烯的结构特点石墨烯是由一层层的碳原子按照六角形的结构排列而成,形成了具有二维结构的材料。
石墨烯的晶格结构非常稳定,同时也呈现出了许多独特的性质。
石墨烯具有极高的导电性和热导性,是现有材料中最好的导电材料之一;石墨烯具有超高的拉伸强度和模量,是目前已知的最强硬的材料之一;石墨烯还具有极大的比表面积,对气体、溶液中的分子具有很强的吸附能力。
这些独特的结构特点赋予了石墨烯在聚合物改性中独特的优势和应用价值。
二、聚合物改性的技术手段1. 石墨烯增强聚合物复合材料的制备2. 石墨烯改性聚合物的界面调控石墨烯与聚合物之间的界面相互作用对于复合材料的性能起着至关重要的作用。
研究人员通过对石墨烯进行化学修饰,改善了石墨烯与聚合物的相容性,使其能够更好地与聚合物基体相互作用。
也有研究表明,通过在石墨烯表面引入功能化基团,可以提高石墨烯与聚合物的结合强度和界面附着力,从而有效地提升复合材料的性能。
3. 石墨烯的多功能应用除了作为填料材料外,石墨烯本身也具有多种功能,如光学、电磁、生物等功能。
研究人员还将石墨烯与其他功能性材料相结合,制备出了具有多种功能的石墨烯复合材料,如石墨烯纳米复合薄膜、石墨烯导电材料、石墨烯生物医用材料等。
这些多功能复合材料在光电子器件、生物医学领域等方面都具有广阔的应用前景。
四、研究现状及展望目前,石墨烯在聚合物改性领域的研究已经取得了许多重要的成果,但也面临着一些挑战。
石墨烯的制备和处理技术仍然比较复杂和昂贵,需要进一步降低成本,提高产量;石墨烯与聚合物的界面相容性和相互作用机制还不够清晰,需要进一步深入研究;石墨烯在复合材料中的应用还存在一些问题,如在工程应用中的大规模制备、稳定性和耐久性等方面需要进一步完善。
展望未来,随着石墨烯在聚合物改性中的研究逐渐深入,相信石墨烯基聚合物复合材料将会得到进一步的发展和应用。
未来的研究方向主要包括:石墨烯的大规模制备技术、石墨烯与聚合物的界面调控技术、石墨烯复合材料的性能优化等方面。
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因此其应用领域广泛,受到广大学者科学家的重视。
本文主要介绍聚合物复合材料的界面结构,石墨烯结构和界面,石墨烯/聚合物复合材料的实现和应用以及对未来发展前景的展望。
(9、12、13、17)关键词:石墨烯、聚合物复合材料、界面相容性、材料改性、力学性能、电学性能、热学性能,应用。
Present situation and prospect in Graphene/polymercomposites.Zhang ShuaiShi Han 、Lu Ruirui、Cai Hong 、Xie Pian Feng Fan Abstract:Graphene discovered in 2004 is a atomic two-dimensional(2D)nanomaterials. Due to its unusual molecular structure ,graphene shows many novels ,unique physical and chemical properties ,such as excellent electric conductivity ,thermalconductivity ,thermal stability.Graphene as nano enhanced components, a small amount of added can make polymer thermal, mechanical, electrical and other physical properties are improved significantly.So its application field widely, have drawn the attention of the many scholars scientists.This paper mainly introduces the interface structure of polymer composite materials, graphene structure and interface, implementation and application of graphene/polymer composites as well as on the outlook for the future development prospect.Key words: Graphene,Polymer composite materials Material modification、Mechanical properties、Electrical performance、Thermal properties、application.一:石墨烯/聚合物的研究现状自年石墨烯发现以来,石墨烯的研究成果层出不穷,其中包括,生活领域,医用领域,电化学领域等。
石墨烯基复合材料的制备与性能研究

石墨烯基复合材料的制备与性能研究石墨烯是一种单层碳原子排列成的二维晶体,具有极高的强度、导电性和导热性。
在过去的几年里,石墨烯在材料科学领域引起了广泛的关注。
为了进一步发展石墨烯的应用,研究人员开始将石墨烯与其他材料相结合,形成石墨烯基复合材料。
这些复合材料具有优异的性能和多样化的应用前景。
本文将探讨石墨烯基复合材料的制备方法以及其性能研究。
一、石墨烯基复合材料的制备方法1. 化学气相沉积法(CVD)化学气相沉积法是一种常用的制备大面积石墨烯的方法。
该方法通过在金属衬底上加热挥发的碳源,使其在高温下与金属表面反应生成石墨烯。
石墨烯的生长在具有合适结晶特性的金属表面上进行,如铜、镍等。
CVD法制备的石墨烯可以获得高质量、大尺寸的单层石墨烯。
2. 液相剥离法液相剥离法是一种以石墨为原料制备石墨烯的方法。
通过在石墨表面涂覆一层粘性聚合物,然后利用粘性聚合物与石墨之间的相互作用力,将石墨从衬底上剥离,最终得到石墨烯。
这种方法能够制备出大面积的石墨烯,并且使用简便、成本较低。
3. 氧化石墨烯还原法氧化石墨烯还原法是一种制备石墨烯的简单方法。
首先将石墨烯氧化生成氧化石墨烯,然后通过还原处理,还原为石墨烯。
该方法可以在实验室条件下进行,操作简单方便。
然而,由于氧化石墨烯的导电性较差,所得石墨烯的质量较低。
二、石墨烯基复合材料的性能研究1. 机械性能石墨烯具有出色的机械性能,其强度和刚度超过大多数材料。
石墨烯基复合材料的机械性能主要取决于基体材料和石墨烯的界面相互作用。
研究表明,合适添加石墨烯可以显著提升材料的强度和硬度。
2. 电学性能石墨烯具有优异的电学性能,可以用作电极材料、导电填料等。
石墨烯基复合材料在导电性能方面表现出色,可以用于制备柔性电子器件、传感器等。
3. 热学性能由于石墨烯的热导率高达3000-5000 W/(m·K),石墨烯基复合材料在热学性能方面具有巨大的潜力。
石墨烯能够显著提高基体材料的热导率,因此可以应用于散热材料、热界面材料等领域。
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基材 料 ,进 一 步适应 工 程应 用 的要求 。例 如 ,添加 适 量 的石 墨烯 作 为增 强体 改性 环氧 树脂 可显 著提 高其 力 学性 能 、热 学性 能 、抗 腐蚀 性能 以及 电学 性 能 ,在 汽 车 轻量 化设 计 、 电子 电器绝 缘封 装 和功能 涂料 等领 域 前 景 日趋广 泛 。为此 ,本文 根据 该领 域 国 内外 研究 成 果 ,在 介绍 了石 墨烯 的结构 与性 能特 点 的基础 上 ,阐 述 了石 墨烯 的功能 化改 性及 其与 聚合 物树 脂 的复合 方 法 ,评 述 了其 在树 脂基 中的研究 概 况 ,并展 望 了石墨 烯/环 氧树 脂 复合 材料 的发 展前 景 。
环 氧树脂 由于其粘 接性 能 高 、机械性 能 好 、收缩 率低 、易加工 成 型和成 本低 廉等 优 点 ,通 常 作为 复合 材料 基体 广泛 应用 于机 械 制造 、化 工 、车辆 工程 、航 空航 天 、船舶 运输 等重 要 工业领 域 。但是 ,由于 环氧 树脂 固化 后交 联 密度 高 、脆 性 大 ,导致其 存 在着 内应 力 大 、耐疲 劳性 能差 、摩擦 因数 高 、断裂 韧 性低 及对 微裂 纹 较为 敏感 等突 出 问题 。这 些 缺 陷在很 大程 度上 限制 了其在 工程 领域 中的 广 泛应 用 J。因此 ,如何 对 环氧 树 脂 进 行 改 性 , 以提 高 其 理 化 性 能 和 力 学 性 能 ,制 备具 有优 异综 合性 能 的环氧 复合 材料 ,是亟 待 解 决 的重要 课题 。
1 石墨烯 的结构 与性能特点
石 墨烯是 一种 碳 原 子 以 sp 杂 化 连 接 的二 维 晶体 材 料 ,其 理论 厚度 只有 0.34 nm。其 中碳 原 子 的配位 数为 3,且 每 相邻 两 个 碳 原 子 间 的键 长 为 0.142 nm。 但 是 ,现 实 存 在 的石 墨烯 并 不 是 一 个 绝 对 的平 面结 构 ,而是 具 有 略微 波 浪 状 的层 式 结 构 J。这 些 起 伏
关键词 :复合材料 ;:10.3969/j.issn.1005-5770.2018.09.001
中图分类号 :TQ323.5
文献标识码 :A
文章 编号 :1005—5770 (2018)09—0001—05
Research Progress on Graphene Reinforced Epoxy Com posites TIAN Jin,GAO Li,QI Ze—hao,ZHANG Cui—ping,XIN Hao,TAN Ye—fa
工况 条件下工程应用的要求 ,运用石墨烯作为增 强体 改性环氧树脂取得 了 良好的增强效果 ,并显示 出了极大 的应 用前
景。在介 绍石墨烯及其衍生物结构和性能特点 的基础上 ,阐述 了石墨烯 的功能化 改性及其 与 聚合 物树脂 的复合方 法 ,
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(Graduate School of Army Engineering University of PLA,Nanjing 210007,China) Abstract: Epoxy composites were widely used in engineering field. In order to further improve their physical and chemical and mechanica l properties to meet the requirements of engineering applications under harsh conditions, graphene as a reinforcement to modify epoxy resin achieved good enhancement effect, which showed great application prospects. On the basis of introducing the structure and proper ties of graphene and its der ivatives, this paper expounded the functional modif ication of graphene and its composite method with polymer resins, described especially the research situation of graphene modified epoxy composites, and forecasted the development prospect of g raphene/epoxy composites. Keywords: Composite Material; Epoxy Resin; Graphene; Research Progress
第 46卷第 9期 2018年 9月
塑料 工 业
CHINA PLA n CS INDUSTRY
石墨烯 增强环 氧树脂基复 合材 料的研究进 展
田 晋 ,高 立 ,齐泽 昊 ,张 翠 平 ,辛 昊 ,谭 业 发
(陆军 工程 大学研究生 院 ,江苏 南京 210007)
摘要 :环氧树脂基复合材料在工程领域 中的应用 日趋广泛 ,为 了进 一步提高其理化性能和力学性 能 ,以满 足苛刻