磁改性氧化石墨烯的制备及其取向行为与环氧阻隔性关联机制的研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:wuxingyu0406
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环氧树脂因诸多优异性能而被用于制造复合材料气体容器,但由于材料基体为高分子,气体小分子可在其中扩散渗透,复材气瓶存在小分子渗漏问题,向材料基体中加入片状纳米填料是解决此问题的一种有效办法。氧化石墨烯(GO)是一种理想的二维纳米增强体,而片状纳米填料的取向排列可有效提高复合材料阻隔性能,目前纳米填料取向方法主要有:力场诱导、电场诱导和磁场诱导取向,磁场诱导取向是原位取向,不对材料基体产生影响,故采用磁场诱导法。氧化石墨烯本体的磁响应性较弱,诱导取向所需磁场强度较高,在其表面负载磁性粒子可有效降低取向场强度,但磁性粒子与氧化石墨烯为物理作用结合,稳定性不高。基于聚多巴胺(pDOP)的自聚合性和超强的黏附特性,在氧化石墨烯表面负载磁性粒子后再用聚多巴胺包覆,可使二者稳定结合,同时改善改性氧化石墨烯与材料基体的界面结合性能。针对以上实验方案,主要工作如下:  1、采用共沉淀法在氧化石墨烯(GO)表面负载四氧化三铁(Fe3O4)磁性纳米粒子,再通过聚多巴胺包覆制备磁改性氧化石墨烯(GO-Fe3O4-pDOP),由扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试表明聚多巴胺的包覆使Fe3O4磁性纳米粒子与氧化石墨烯稳定结合。采用较低强度的磁场诱导实现了氧化石墨烯在环氧树脂中的取向,成功制备了无规和取向GO-Fe3O4-pDOP/环氧树脂复合材料,阻隔性能测试表明:磁改性氧化石墨烯的加入及其取向均会使复合材料阻隔性能有所提高,与纯树脂对比发现,GO-Fe3O4-pDOP含量为1.0wt.%的复合材料的水蒸气扩散系数下降63.7%,相同含量下,GO-Fe3O4-pDOP取向后复合材料的水蒸气扩散系数下降71.5%。基于DMTA表征手段探讨了GO-Fe3O4-pDOP的排列状态对环氧复合材料热性能的影响,结果表明,加入GO-Fe3O4-pDOP后树脂的玻璃化转变温度(Tg)明显提高且GO-Fe3O4-pDOP的取向排列有利于Tg的进一步提高。  2、基于氧化石墨烯的二维片状结构,采用真空抽滤的方法制备了GO取向膜,并由此制得GO取向膜/环氧树脂复合材料,对此复合材料的阻隔性能进行测试分析。研究结果表明,相比于纯环氧树脂,GO取向膜的加入并未改变复合材料的水蒸气扩散系数,而水蒸气在复材中渗透达到平衡所需要的时间延长,复材最终的增重比例也上升。
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