摘 要

石墨烯以其在力学、热学、电学和光学等方面独特的性能被研究者们重点关注。越来越多的研究表明，将石墨烯刚性粒子和环氧树脂复配制成复合材料后，将综合前者优异的导电、导热性和环氧树脂良好的力学、化学性能，制备出各项性能更佳的复合材料，拓宽环氧复合材料在高要求热处理中的应用，因此研究石墨烯改性环氧树脂复合材料具有重要意义。本文选用GNP-5石墨烯微片改性LY 3486胺固化ARALDITE LY 1564双酚A型环氧树脂体系，结合超声分散法、机械搅拌、高速混合及研磨技术原位聚合制备了不同含量（0~8wt%）GNPs/环氧树脂复合材料，通过各种测试手段，发现GNPs的加入对拉伸，弯曲，及冲击强度增强效果不明显，但是材料刚性增大，模量是随GNPs含量的增加越来越高，且GNPs适当加入少量（0.5wt％）能起到材料断裂韧性增强的作用；同时，石墨烯的加入可以改善环氧树脂的热学性能，随着GNPs含量的增加，复合材料导热系数及热稳定性能不断提升；通过微观形貌观察中发现，GNPs在基体中分散性较好，石墨烯微片相互搭接形成良好的导热网络，但是界面结合情况不太理想，应力不能有效得从基体传递到增强材料上，因此强度无法得到增强。在后续的钻研中需要对GNPs举行改性处置以改良GNPs与基体的界面连系机能

关键字：石墨烯微片（GNPs），环氧树脂，力学性能，热学性能

Abstract

Many studies showed that add rigid graphene particles to epoxy resin to make composites, which will combinehe the excellent electrical conductivity, thermal conductivity of GNPs and good mechanical properties and chemical properties of epoxy resin ,therefore it can broaden applications of epoxy composites in demanding heat management, so modifing epoxy resin with graphene is very important. This research select materials of GNP-5 graphene 、LY 3486 curing agent and ARALDITE LY 1564 bisphenol A type epoxy resin system, combined with ultrasonic dispersion method, mechanical mixing, high speed mixing and grinding technology to prepare different content (0 ~ 8wt%) GNPs / epoxy composite, by various means of tests we found that the tensile, bending and impact strength enhancing effect is not obvious with the addition of the GNPs , but the rigidity and the modulus of materials increase with the content of the GNPs higher and higher,a proper and small amount of GNPs (0.5wt%) can play a role in enhancing fracture toughness; thermal properties are relatively improved significantly, with the increase of GNPs content , thermal conductivity and thermal stability performance of the composite improve ; For microscopic morphology, we found GNPs have good dispersion in matrix , intricate network explains the greatly enhancement in thermal performance, but the interface bonding situation is not satisfied, therefore the strength can not be enhanced, indicating that we need to explore more to improve the interface in the future.

Keyword:Graphene Nanoplatelets,Epoxy Resin,Mechanical Properties,Thermal Performance

目录

第一章 绪论 1

1.1环氧树脂（EP) 1

1.1.1 环氧树脂的简介 1

1.1.2环氧树脂的性能与特点 1

1.1.3环氧树脂的应用 2

1.2石墨/聚合物纳米复合材料 2

1.2.1氧化石墨 3

1.2.2石墨插层化合物 3

1.2.3膨胀石墨 3

1.2.4石墨烯 3

1.2.5石墨烯微片（GNP) 3

1.2.6石墨/聚合物纳米材料的制备方法 4

1.3课题提出的目的与意义和主要内容 4

1.3.1目的与意义 4

1.3.2 主要内容 6

第二章 石墨烯微片/环氧树脂复合材料的研究 7

2.1引言 7

2.2实验部分 7

2.2.1实验原材料 7

2.2.2实验设备 8

2.2.3复合材料的制备 8

2.3 测试与表征方法 9

2.3.1石墨烯微片改性环氧复合材料力学性能的测试 9

2.3.1.1拉伸试验 9

2.3.1.2弯曲试验 10

2.3.1.3冲击性能测试 10

2.3.1.4断裂韧性试验 11

2.3.2石墨烯微片增强环氧树脂复合材料热学性能测试 11

2.3.2.1材料导热性能测试 11

2.3.2.2热重分析（TGA) 11

2.3.3石墨烯增强环氧树脂复合材料形貌观察 12

2.3.3.1透射电子显微镜(TEM)观察 12

2.3.3.2扫描电子显微镜（SEM）观察 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 GNPs/环氧树脂复合材料力学性能 13

3.1.1拉伸性能 13

3.1.2 弯曲性能 14

3.1.3 冲击性能 14

3.1.4 断裂韧性分析 15

3.2热学性能分析 16

3.2.1导热系数 16

3.2.2 复合材料的热稳定性能分析（TGA) 17

3.3石墨烯微片及其复合材料微观形貌分析 19

3.3.1石墨烯微片的微观形貌观察 19

3.3.2 复合材料断面形貌分析（SEM） 20

第四章 总结 23

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1环氧树脂（EP)

1.1.1 环氧树脂的简介

环氧树脂聚合物分子中至少含有2个环氧活性基团，在分子链的末端、中间或成环，EP的相对分子量一般都很小，一般在350～500 之间。由于EP突出的机械、电绝缘、耐热、耐化学腐蚀等性能，被广泛用于化工、建筑、航空航天等领域,我国对环氧树脂的需求也越来越大^[1]。

1.1.2环氧树脂的性能与特点

固化方便

EP的固化剂品种多样，因此根据不同的搭配可制得最符合实际要求的产品，它们按固化温度可分为：

（1）低温和超低温固化剂（＜0 ℃）