微米石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料制備與性能研究

所屬分類：建筑論文閱讀137次時間：2020-07-27 12:03

本文摘要：摘要：與碳納米管相比,石墨具有較低的價格和粘土的層狀結構以及優越的熱電性能，它可以作為粘土和碳納米管的替代品，開發具有多功能的聚合物復合材料。本文通過澆注成型的方法來制備石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料，研究不同含量的石墨粉對石墨粉/不飽和聚酯

　　摘要：與碳納米管相比,石墨具有較低的價格和粘土的層狀結構以及優越的熱電性能，它可以作為粘土和碳納米管的替代品，開發具有多功能的聚合物復合材料。本文通過澆注成型的方法來制備石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料，研究不同含量的石墨粉對石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的性能影響。使用萬能材料試驗機、擺錘式沖擊試驗機、塑料洛氏硬度計和電液伺服疲勞試驗機分別測定復合材料的拉伸性能、沖擊性能、洛氏硬度和疲勞性能，研究比較不同石墨含量對復合材料性能的影響。

　　關鍵詞：石墨粉;不飽和聚酯樹脂;復合材料

復合材料學報

　　前言

　　不飽和聚酯樹脂主要就是指包含有不飽和二元酸或者是二元醇的高分子化合物，這些高分子化合物在現實生活各方面的應用中最大的特點就是具有應用實效性。根據不飽和聚酯樹脂的具體研究和實際應用來看，其主要特點可以歸納為：(1)加工塑性效果理想;(2)品種多樣;(3)物理性質較為穩定;(4)耐腐蝕較為突出;(5)絕緣效果理想。為了能夠在實際生產或者是應用方面體現不飽和聚酯樹脂有較強的應用效能，就需要采取較為理想的措施和手段對其進行有效處理。

　　熱固性塑料廣泛用于于汽車，航空，電子，建筑和包裝行業的結構材料、粘合劑、涂料和絕緣材料。由于熱固性樹脂交聯密度高，導致它們熱穩定高，擁有化學惰性的和機械硬化的特點。盡管它們有這些有利的特性，熱固性材料仍易碎并且易于發生機械故障。這限制了熱固性樹脂在材料斷裂韌性和抗疲勞性中至關重要的應用[1]。

　　與傳統的3D納米粒子相比，石墨烯是一種2D單原子厚的納米材料，但它具有更大的潛力成為一個良好的增韌劑，以其膨脹系數小，導熱性好，化學性質穩定等優點成為工業生產的常用材料[2]。石墨最顯著的優點就是其具有優良的減摩潤滑作用及較低的摩擦系數。石墨烯是一種由碳原子組成的原子級二維蜂窩狀結構，是一種新興材料，在微電子機械系統，耐磨材料，涂料，添加劑和液體/固體潤滑劑等許多領域得到應用。它具有極高的導熱性，極高的剛度和彈性，良好的光學，電學性能。多年來，石墨一直被用作摩擦復合材料(FC)中的固體潤滑劑。隨著石墨烯的發現，研究人員發現石墨烯的性質優于石墨。對我國來說，石墨的加工工藝比較落后[3]，石墨產品的附加值較低，因此，加大研發力度，增強產業水平已迫在眉睫。

　　本次課題的主要任務是在不飽和聚酯樹脂配方里添加微米石墨粉填料，希望達到的效果是改善不飽和聚酯樹脂的性能。將樹脂與石墨粉直接簡單混合攪拌均勻，然后在特定的模具里澆注成型。研究不同含量的石墨粉對不飽和聚酯樹脂性能的影響。

　　材料論文投稿刊物：《復合材料學報》(雙月刊)創刊于1984年，為北京航空航天大學和中國復合材料學會主辦的國家級學術性科技期刊，為中國材料科學核心期刊。

　　研究內容

　　本文主要研究的內容是石墨粉對不飽和聚酯樹脂的性能影響，研究石墨粉與樹脂配比分別為0.1：100、0.2：100、0.5：100、1：100時對石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料性能的影響。具體工作如下：

　　(1)制備不同石墨粉含量的石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料;

　　(2)分別測試樣品的沖擊性能、拉伸性能、疲勞性能和硬度;

　　(3)對實驗數據進行比較、處理和分析，得出結論。

　　2.實驗方案

　　2.1實驗原料

　　191#不飽和聚酯樹脂、微米石墨粉、固化劑(過氧化環己酮)、促進劑(環烷酸鈷)。

　　2.2實驗設備

　　實驗設備：萬能材料試驗機、真空干燥箱、電子天平、擺錘式沖擊試驗機、塑料洛氏硬度計、電液伺服疲勞試驗機。

　　2.3實驗步驟

　　第一步，用電子天平分別稱取100g的191#不飽和聚酯樹脂與一定比例(質量：0.1、0.2、0.5、1)的石墨粉，然后用攪拌機攪拌均勻，為了避免產生氣泡，可放入真空干燥箱中真空脫泡。第二步，用電子天平分別稱取一定比例的固化劑和促進劑，加入UPR/石墨粉的預混物中，然后用攪拌機攪拌均勻，再放入真空干燥箱中真空脫泡;將配好的樹脂慢慢倒入準備好的模具里，在室溫下固化。第三步，待樣品在模具里固化成型后，將其從模具里取出，然后標號裝進袋子里，打磨后測量尺寸再進行性能測試。

　　3.測試與表征

　　根據實驗要求，表征環氧樹脂復合材料力學性能;拉伸性能的測試，試驗方法參照(GB1446-83)。沖擊性能的測試，試驗方法參照(GB1451-83)。

　　實驗結果

　　4.1復合材料沖擊性能分析

　　石墨粉的加入可以提高該復合材料的沖擊性能。石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的沖擊強度隨著石墨含量的增加而增加，當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為1：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的沖擊強度達到最大值;不添加石墨粉時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的沖擊強度最小。以上結果可以歸因于石墨粉本身具有良好的機械性能和較大的比表積，能夠很好的提高復合材料的力學性能。

　　4.2復合材料洛氏硬度分析

　　石墨粉的加入可以提高石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的洛氏硬度。當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的洛氏硬度達到最大值。

　　4.3復合材料拉伸性能分析

　　隨著石墨粉含量增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的最大應力先上升后下降。當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的最大應力達到最大值;不添加石墨粉的試樣的最大應力是最低的。可以發現，并不是石墨粉含量越多，復合材料的最大應力最大。

　　材料總體的應變基本保持不變，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的最大應變的一組是石墨粉和不飽和聚酯樹脂的比例為0.5：100時;而當它們的比例為1：100時，最大應變是最小的。

　　隨著石墨粉含量增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的楊氏模量先上升后下降。當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的楊氏模量達到最大值。

　　結論

　　通過實驗對比相關實驗數據。初步得到以下結論：

　　(1)通過沖擊測試結果可以得出：隨著石墨粉含量的增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的沖擊強度也增加，當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為1：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的沖擊強度最好。

　　(2)通過硬度測試結果可以得出：隨著石墨粉含量的增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的硬度先上升后下降，當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的硬度最大。

　　(3)通過拉伸測試結果可以得出：隨著石墨粉含量增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的最大應力、楊氏模量先上升后下降;當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的最大應力、楊氏模量達到最大值。

　　(4)通過疲勞測試結果可以得出：隨著石墨粉含量的增加，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復合材料的疲勞性能先上升后下降，當石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時，試樣的疲勞性能最佳。