氧化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能氧化石墨烯改性环氧树脂及其复合材料的性能任志东,郝思嘉,邢悦,杨程,戴圣龙（中国航发北京航空材料研究院，北京101095）摘要：采用机械研磨的方法制备氧化石墨烯（GO）改性环氧树脂（GH81），利用光学显微镜对GO在环氧树脂（H81）中的分散情况进行分析，通过流变仪和差示扫描量热仪对H81和GH81的热熔行为和固化行为进行表征。结果表明：GO均匀分散在基体树脂中，GO的加入不影响基体树脂的熔融黏度和固化条件；以GH81为基体树脂的碳纤维复合材料GH81-300的0°方向拉伸强度、弯曲强度和压缩强度分别为2270MPa、2239MPa和1529MPa，分别较未添加GO时提高了6.4%、7.2%和7.1%。关键词：氧化石墨烯；环氧树脂；热熔预浸料；碳纤维复合材料doi：10.11868/j.issn.1015-5053.2022.000142中图分类号：O633.13；TB332文献标识码：A文章编号：1015-5053(2022)02-0025-08环氧树脂基碳纤维复合材料具有高比强度、高比模量及力学性能可设计等优点，已成为制作轻质高性能结构件的理想材料，并在航空航天领域获得了广泛的应用[1-3]。由基体树脂（环氧树脂、固化剂）和增强纤维等组成的预浸料，是制造环氧树脂基碳纤维复合材料及制件的中间材料，其品质直接影响复合材料制件的性能[4]。预浸料中基体树脂的黏度-温度特性是决定预浸料的黏性、铺贴性等操作性能优劣的关键因素，而基体树脂的固化行为则决定了预浸料的储存期和成型温度[5-6]。氧化石墨烯（GO）作为石墨烯的一种衍生材料，不仅具有二维片状结构和大的比表面积，而且表面分布有大量的羟基、羧基和环氧基等反应性官能团，能够与复合材料发生化学键结合，实现对复合材料的增强改性[7-10]。因此，GO和环氧树脂基碳纤维复合材料的有机结合，能够进一步提高复合材料的性能，为新一代航空飞行器的研制提供新材料支持。对于制备GO改性的高性能环氧树脂基碳纤维复合材料，性能优良的GO改性环氧树脂至关重要，然而在其制备过程中，仍存在因GO团聚而导致的分散不均匀问题[11]。目前，一般采用高速搅拌法、溶剂法和水相转移法等解决方法[12-22]。胡小雨等[16]采用对含有GO的固化剂（异氟尔酮二胺）进行高速搅拌（乳化机）、水超声和熔融搅拌的方法，制备了GO改性的固化剂，将该固化剂和环氧树脂复配能得到GO改性的环氧树脂。Li等[17]则通过将环氧树脂加入到含有聚苯乙烯磺酸钠改性GO的乙醇溶液中，并对其进行超声、搅拌和挥发溶剂的方法，实现了GO在环氧树脂中的均匀填充，且所制备复合材料的拉伸强度最大为89.8MPa，较未添加GO时提高了21.8%。韩潇等[18]将溶剂法制备的GO改性环氧树脂，涂覆到碳纤维织物上，制备了GO改性的碳纤维复合材料，其层间剪切强度最大为96.14MPa，较空白样板提高了8.05%。Yang等[19]为了制备GO改性环氧树脂，通过GO的水溶液与环氧树脂共混、静置和相分离的方法，实现了GO从水到环氧树脂的转移和均匀分散，并且当GO的添加量为0.375%时，环氧树脂的压缩强度提高了48.3%。Pathak等[20]同样采用相转移的方法，实现了GO在环氧树脂中的均匀分散，以该GO改性环氧树脂为基体时，复合材料的层间剪切强度为40.8MPa，提高了25%。然而，现有的方法仍有一定的局限性，比如高速搅拌法需要树脂体系具有较低的黏度，而溶剂法和水相转移法制备的GO改性环氧树脂中会残留溶剂或水，严重影响改性环氧树脂的耐高温性能。另外，已报道的GO改性环氧树脂，多数不能满足热熔预浸料的加工工艺要求。本研究通过机械研磨的方法实现GO在环氧树脂中的均匀分散，研究该树脂的黏度-温度特性、成膜性、树脂胶膜状态和固化条件，制备满足热熔收稿日期：2022-12-26；修订日期：2022-01-26基金项目：北京市科技计划基金项目（Z161101002116029）通讯作者：杨程（1978—），女，博士，研究员，从事石墨烯制备及应用技术研究，（E-mail）graphene_hr@https://www.sodocs.net/doc/0c804474.html。2022年第39卷航空材料学报2022，Vol.39第2期第25–32页JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSNo.2pp.25–32---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---本文来源：网络收集与整理，如有侵权，请联系作者删除，谢谢！---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---