论文部分内容阅读
双马来酰亚胺-三嗪（BT）树脂是双马来酰亚胺（BMI）树脂和氰酸酯（CE）树脂共聚形成的一种热固性树脂,BT树脂综合了BMI树脂和CE树脂的优良性能,具有吸湿率低、耐热性好、介电常数小、介电损耗低等特点,在印刷电路板、半导体以及航空航天材料等领域具有广泛的应用。然而固化后的BT树脂存在交联密度大、韧性差的缺点。氧化石墨烯（GO）具有独特的准二维分子结构和优异的机械性能、电学性能和热学性能,是一种理想的复合材料增强体。本文通过Hummers法制备出GO,随后使用二烯丙基双酚A（DBA）对GO进行表面修饰得到二烯丙基双酚A改性的GO（DBA-GO）,分别以GO、DBA-GO以及GO/羧基碳纳米管（GO/MWCNTs-COOH）为增强体改性BT树脂,研究了增强体种类和添加量对复合材料性能的影响。采用Hummers法制备出了GO,系统研究了其在水溶液中的分散性能,通过扫描电镜分析计算出GO表面碳氧比为1.314,氧化程度较高,拉曼分析结果进一步说明石墨在氧化过程中π电子的共轭有序结构遭到破坏,在表面引入了缺陷和官能团。GO在水溶液中的分散性随溶液pH的改变而改变,在pH较高时,GO表面的羧基官能团发生电离,GO之间较强的静电斥力使其具有较好的分散性;pH较低时,GO表面的羧基基本不会电离,GO之间起主要作用的范德华力会促使GO发生团聚,使其分散性降低。研究还发现,GO表面的羧基官能团和其本身特殊的边缘结构使其存在两个解离常数,分别为6.85和2.55。通过X射线衍射计算出GO的晶面间距为0.789 nm。通过扫描电镜得到了金属铝还原所得石墨烯的表观粒径分布范围为110-130 nm。利用非等温差示扫描量热法（DSC）研究了GO/BT体系的固化反应动力学参数,结果表明,加入GO可以降低BT树脂的起始交联固化温度和固化反应活化能。研究了GO的添加量对GO/BT复合材料性能的影响,结果发现,GO添加量为0.8 wt%时复合材料的冲击强度和弯曲强度均有所提高,这是因为GO的存在可以抑制复合材料断裂时的裂纹扩展;GO的存在还可以抑制复合材料在摩擦磨损过程中的变形和剥落,降低复合材料的摩擦系数和磨损率,其中磨损率的降低尤为明显,降幅可达77.6%;此外,复合材料的介电常数和介电损耗均低于BT树脂,而热稳定性和耐湿性均有显著提高。采用DBA对GO进行修饰改性,制备出了DBA-GO,并将其加入BT树脂制备DBA-GO/BT树脂复合材料。研究了DBA-GO的加入对复合材料固化动力学、力学、摩擦学、介电、耐热以及耐湿性能的影响。结果表明,引入DBA-GO对BT树脂的固化反应有一定的促进作用;当DBA-GO的含量为0.9 wt%时,复合材料的冲击强度和弯曲强度比BT树脂基体分别提升了39.9%和34.0%,提升幅度高于GO/BT树脂复合材料,这是因为接枝DBA不仅可以提高DBA-GO在BT树脂基体中的分散程度,而且DBA-GO表面的DBA官能团还可以与BT树脂发生化学反应,使两相之间的界面结合强度增加,在复合材料断裂时起到分散应力的作用;DBA-GO的添加量为1.2 wt%和0.9 wt%时复合材料的摩擦系数和磨损率分别降至最小值0.30和5.2×10-7mm3/（N·m）;DBA-GO的引入还可以提高复合材料的介电性能,而且其介电常数和介电损耗在1 MHz-50 MHz范围内比较稳定;复合材料热稳定性的提高主要归结为DBA-GO的弯曲通道效应;而复合材料耐湿性的提高则是因为DBA-GO的物理阻隔作用。采用GO/MWCNTs-COOH为增强体制备了GO/MWCNTs-COOH/BT树脂复合材料。研究了GO/MWCNTs-COOH/BT体系的固化反应动力学参数和填料对复合材料性能的影响。结果表明,GO/MWCNTs-COOH可以催化BT树脂的固化反应;GO/MWCNTs-COOH的加入可以有效提升BT树脂的力学性能和摩擦学性能,在最优力学性能和摩擦学性能下GO/MWCNTs-COOH的添加量为0.9 wt%,且复合材料的冲击强度和弯曲强度均高于GO/BT树脂复合材料;GO/MWCNTs-COOH/BT复合材料的介电常数和介电损耗均高于BT树脂,这是由于MWCNTs-COOH本身具有导电性引起的;GO/MWCNTs-COOH与BT树脂之间的界面结合使BT树脂分子链的自由运动受到限制,使得复合材料的热稳定性有所提高;在GO/MWCNTs-COOH含量较少时,复合材料的吸水率低于BT树脂,而GO/MWCNTs-COOH含量较多时,复合材料的吸水率高于BT树脂。