使用層間噴涂法制備了石墨烯/炭纖維/聚醚醚酮(GR/CF/PEEK)復合材料,對材料微觀形態(tài)、力學性能、熱學以及電學性能進行了分析。結果表明,0.1 wt%的石墨烯的加入即可使復合材料的層間剪切強度(ILSS)從57.3 MPa增加到77.6 MPa,彎曲強度和彎曲模量分別從1 226.2 MPa、64.5 GPa增加到1 512.3 MPa、73.6 GPa。差示掃描量熱結果證明少量石墨烯的加入能夠提高復合材料基體的結晶度。同時復合材料的熱導率和電導率也隨著石墨烯含量的增加而增加,加入0.5 w t%的石墨烯,復合材料的熱導率和電導率與未加入石墨烯相比分別增加了15.5%和73.1%。GR/CF/PEEK復合材料與CF/PEEK相比具有更優(yōu)良的綜合性能。 

【文章來源】：新型炭材料. 2017年02期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

Ｒ/CF/PEEK復合材料的制備過程

櫓懈春喜牧蝦穸確較虻娜壤┥⒙?α)通過激光閃光熱分析儀(LFA447/2-2lnsbNanoFlash)來進行測量。比熱(Cp)通過200F3差示掃描量熱儀(DSC)測量。密度(ρ)通過(5)式進行計算:ρ=mV(5)其中，m和V分別為樣品的質量和體積。熱導率(κ)通過(6)式進行計算:κ=αCpρ(6)2．2．5電學性能測試試樣的電阻通過直流電阻測試儀(GF2516A)測量，電導率(σ)通過(7)式進行計算:σ=1Ｒ×LS(7)其中，Ｒ為試樣的電阻，L為電阻方向的長度，S為垂直于長度方向的橫截面積。3結果與討論3．1預浸片形貌分析圖2(a、b)為未噴涂石墨烯的CF/PEEK預浸片的電鏡照片，可以看出，未噴涂石墨烯時纖維表面很光滑，纖維之間充斥著聚醚醚酮樹脂。圖2(c，d)、(e，f)、(g，h)分別為噴涂0．1wt%、0．3wt%、0．5wt%石墨烯分散液的預浸片的低倍和高倍放大照片。從低倍圖中可以看出不僅纖維表面附著有石墨烯，樹脂上也同時附著有石墨烯(圖中圓圈部分所示)。圖2預浸片的掃描電鏡照片:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEKFig．2SEMimagesofprepregs:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEK．3．2層間剪切強度圖3為不同石墨烯含量的GＲ/CF/PEEK復合材料的層間剪切強度。純CF/PEEK的層間剪切強度為57．3MPa;加入0．1wt%、0．3wt%、0．5wt%·154·新型炭材料第32卷

砑郵??┑腃F/PEEK相比也有明顯的增加。圖4是對應的層間剪切破壞面的掃描電鏡照片。從圖4(a)，(b)中可以看出，未添加石墨烯時，層剪破壞后纖維表面殘留的基體樹脂較少，且有一部分纖維是裸露的，說明纖維和基體樹脂的界面結合作用相對較弱，表現(xiàn)為混合破壞模式;從圖(c)～(h)可以看出，添加石墨烯后，層剪破壞面中炭纖維表面被殘留的基體樹脂所覆蓋，表現(xiàn)為內聚破壞模式［19，20］，說明石墨烯的加入確實能夠提高纖維和樹脂的界面結合強度，這有利于纖維-樹脂間的應力傳遞，進而提高復合材料的層間剪切強度。圖3不同石墨烯含量復合材料的層間剪切強度Fig．3ILSSofdifferenttypesofcomposites．圖4復合材料層間剪切破壞面的掃描電鏡照片:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEKFig．4SEMimagesofILSSfracturedsurfacesofcomposites:(a，b)CF/PEEK;(c，d)GＲ(0．1wt%)/CF/PEEK;(e，f)GＲ(0．3wt%)/CF/PEEK;(g，h)GＲ(0．5wt%)/CF/PEEK．除了纖維和樹脂的界面結合外，樹脂基體的性質也會影響復合材料的強度［21］，而石墨烯的加入能夠提高樹脂的性能，使得樹脂在破壞過程中產生較大的變形。圖5、圖6分別是層間剪切破壞后裂紋擴展區(qū)域的掃面電鏡照片。從圖5可以看出，對于未添加石墨烯的復合材料，破壞區(qū)域的纖維和樹脂界面比較光滑(圖5a，b)，這也證明纖維和樹脂的結合強度相對較弱，同時樹脂在破壞過程中產生的變形也較少(圖5c，d);而對于添加了0．1wt%的復合材料，可以看出纖維-樹脂界面在破壞發(fā)生后仍有部分連接(圖6a，b)，同時樹脂在裂紋擴展過程中發(fā)生了變形(圖6c，d)，這個過程能消耗大量的能量，提高破壞發(fā)生所需要的載荷，因此有利于復合材料層間剪切

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：2932563