复合材料的作用和发展趋势，复合材料技术是什么

文| 星澜世说编辑| 星澜世说

采用马来酸酐（MAH）对氧化石墨烯（GO）进行接枝改性制备MAH功能化改性GO（MAH-GO），采用乳液共混法制备MAH-GO/天然乳胶（MAH-GO/NR）准备好了。复合材料。研究了MAH-GO用量对MAH-GO/NR复合材料力学性能、分散相状态和动态加工性能的影响。结果表明，MAH成功接枝改性GO，当MAH-GO含量为1.0%时，复合材料的拉伸强度为25.63 MPa，比NR的14.13 MPa提高了81.4%，分散良好，制服。

随着MAH-GO含量的增加，复合材料的佩恩效应变得更加明显，剪切稀化行为变得更加明显。 MAH接枝改性GO有助于提高填料在橡胶基体中的分散性和复合材料的抗变形能力，从而可以制备高性能石墨烯/橡胶复合材料。石墨烯由于其独特的结构，具有高导电性、高导热性、高硬度、高强度等优异的物理化学性能，应用于电子、信息、能源、材料、生物医药等领域。预计将有广泛的应用。

此外，由于石墨烯的优异性能，石墨烯/橡胶基复合材料表现出优异的导电性、导热性、机械性能和气体阻隔性能。石墨烯在橡胶基体中的分散和界面结合是制备高性能石墨烯/橡胶基复合材料的关键因素。由于石墨烯具有很强的范德华力，因此很难在聚合物中很好地分散，但氧化石墨烯（GO）表面比石墨烯具有更多的含氧官能团，具有良好的表面活性，并且溶解度较低。优点是价格昂贵。在水、各种物质、有机溶剂等中。

此外，即使在插入小分子或聚合物后，它也可以被去除。但GO上含氧官能团的存在破坏了GO的共轭结构，失去了其优异的性能，因此通过石墨烯改性来还原GO以提高其在橡胶基体中的分散性已成为研究热点在聚合物基复合材料中。在GO的还原过程中，当含氧官能团被去除时，石墨烯片之间的范德华力显着增加，导致不可逆的团聚，从而使还原的GO的单原子层得到分支变化，你需要在减少GO之前进行联系。

例如，Yan等人将十六烷基三甲基溴化铵接枝到改性GO上，并与丁基橡胶溶液共混，制备橡胶基复合材料。添加10%改性GO后，复合材料的弹性模量比纯丁基橡胶的性能提高了16倍。次。 Malas等[利用异氰酸酯改性GO制备GO/丁苯橡胶/丁二烯橡胶复合材料。异氰酸酯改性显着改善了GO在丁苯橡胶/顺丁橡胶中的分散性，从而显着改善了复合材料的性能。机械性质。

本研究采用马来酸酐（MAH）对GO进行接枝改性。这是因为MAH的水解羧基与GO片材的羟基发生化学键合，改善了填料在橡胶基体中的分散性。研究了MAH接枝改性GO(MAH-GO)的用量对MAH-GO/天然乳胶复合材料的微相结构、力学性能和动态力学性能的影响，以提高复合材料的抗变形能力。

实验方法：天然乳胶（NR，固含量62%），深圳市吉田化学有限公司；氧化石墨烯（GO，SE2430），常州六元材料科技有限公司；马来酸酐（MAH，分析纯） ，天津美体化学有限公司公司；去离子水，自制；其他制剂市售。基本式（质量比）为NR100、MAH-GO0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、5氧化锌、1硬脂酸、0.5促进剂D、0.5促进剂DM、2升华硫。

MAH-GO的制备方法：称取一定量的GO放入三颈烧瓶中，加入适量的去离子水配制成浓度为1 mg/mL的GO溶液，超声分散30分钟，称重。固定量的MAH（GO:MAH 为1g:2g）。加入少量去离子水，搅拌至溶解，滴入三颈烧瓶中，将三颈烧瓶置于60恒温水浴中，机械搅拌2小时，过滤洗涤，安装过滤器.马苏.将滤饼放入烧杯中，加入少量去离子水，超声分散30 min，得到MAH-GO，备用。 MAH-GO/NR复合材料的制备方法称取一定量的NR（MAH-GO分别为NR的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）加入到MAH-GO水溶液中，室温下机械搅拌1 h准备。马苏。将8% CaCl2 溶液滴入三颈烧瓶中。

同时不断搅拌直至所有NR聚集并出现上清液，将聚集体用去离子水反复洗涤，切成片，在60烘箱中干燥至恒重，然后将MAH -GO 获得/NR 混合物。在双辊开炼机中混炼，按氧化锌、硬脂酸、促进剂D、促进剂DM、升华硫的顺序加入配合料，混合均匀，下辊即得MAH-GO/NR混炼胶。将混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为14510MPa正常硫化时间（T90），得到相应的MAH-GO/NR复合材料。

采用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，TENSOR type 27，Bruker，德国）对溴化钾片剂、波数400-4000 cm、分辨率4 cm对GO和MAH-GO的特征基团进行检测分析。使用扫描电子显微镜(SEM，由JEOL Ltd.制造，型号JSM-7200F)观察复合材料的拉伸部分的形态，并且首先，将金喷涂到拉伸部分上。复合材料的拉伸强度和伸长应力按照GB/T528-2009标准测定，500mm/min，肖氏硬度按照GB/T531-2008标准测定。

使用橡胶加工分析仪（RPA，eliteRPE2-0026，美国TA公司），在温度80、频率0.1Hz、振幅1%~1200%下扫描混合橡胶的振幅。

结果与讨论GO在3435 cm-1附近有一个强而宽的吸收峰，这可归因于GO表面的-OH和表面吸附的水分子的O-H伸缩振动吸收峰。 730 cm-1附近是GO的-COOH的C-O伸缩振动吸收峰，1623 cm-1附近是GO骨架的C-C伸缩振动吸收峰，1407 cm-1附近是O-H弯曲振动吸收峰。

在1215cm -1 附近存在C-OH伸缩振动吸收峰，在1053cm -1 附近存在CO-C伸缩振动吸收峰。 MAH-GO在1215cm -1 附近的C-OH伸缩振动吸收峰基本消失。这是因为MAH与水接触时分解成马来酸，MAH中所含的-COOH与GO上的-OH发生反应。此外，在2922 cm-1附近出现了一个新的C-H伸缩振动吸收峰。

1245 cm-1附近新的O-C-O伸缩振动吸收峰是MAH的特征峰。综上所述，MAH移植及GO修饰成功。

MAH-GO/NR的拉伸强度、弹性模量、肖氏硬度均优于纯NR，当MAH-GO含量为1.0%时，MAH-GO/NR的拉伸强度为25.63MPa，相当于至14.13MPa。 NR配比提高了MPa，MPa提高了81.4%。用MAH接枝改性GO，减少了GO表面的含氧官能团，降低了其亲水性，改善了填料在橡胶基体中的分散性，提高了复合材料的耐磨性。变形得到改善。因此，MAH-GO/NR表现出优异的综合机械性能。然而，当MAH-GO含量增加到2.0%时，MAH-GO/NR的拉伸强度略有下降。

这是因为当MAH-GO添加到一定程度时，MAH-GO片材之间形成氢键，并且MAH-GO在橡胶基体中形成的聚集体增加。此外，表1显示MAH-GO/NR的断裂伸长率略低于NR，这是由于石墨烯作为刚性层状结构添加到橡胶基体中，限制了材料的重排。橡胶。这是因为它一直都是。橡胶分子链的位移和滑移不同程度地降低了断裂伸长率。

从图中可以看出，NR的拉伸截面较为粗糙，呈现典型的韧性断裂。 MAH-GO/NR的拉伸截面变得相对光滑，表明MAH-GO起到增强填料的作用，提高了复合材料的刚度。从低倍SEM图像可以观察到MAH-GO/NR中的填料和配合剂分散得更加细小和均匀，从高倍SEM图像可以看出，2.0%MAH-的拉伸截面可以确认。 GO/NL 洞少，洞多。考虑到这一负载量，填料在橡胶基体中团聚增加，导致分散性差，拉伸时完全剥离，孔洞较多，这使常规2.0%MAH的机械性能略有恶化。 -GO/NR。

当变形小于30%时，MAH-GO/NR的储能模量处于平台区，并且随着变形的增加，由于填料之间在振荡剪切作用下的相互作用，储能模量迅速下降。填充橡胶由于相互作用而对填充网络进行物理破坏。这就是疼痛效应。并且MAH-GO含量越高，颗粒之间的相互作用越强，越容易聚集，三维网络的形成和破坏越明显，佩恩效应越明显。 MAH-GO具有非常高的比表面积和更强的形成网络结构的能力。

MAH-GO含量越高，初始储能模量值越高。从图3(b)可以看出，MAH-GO/NR的损耗因子在小变形时变化不大，随着变形增加到70%以上。 MAH-GO与NR基体之间的内耗较大。损耗因数迅速增加。从图3(c)可以看出，MAH-GO/NR的复数粘度在小变形下基本不变，呈现牛顿平台区，但当变形增加到40%以上时，复数粘度下降。迅速发生并发生剪切稀化现象。

结论MAH水解后与GO表面的含氧官能团发生反应，接枝到GO表面。 MAH-GO/NR的拉伸强度、弹性模量和肖氏硬度均优于纯NR，1.0%MAH-GO/NR复合材料的拉伸强度为25.63MPa。

复合材料一直是材料科学与技术的重要研究领域之一，其增强材料正向杂化和超杂化方向发展。混杂纤维复合材料是指由两种或多种纤维增强同一基体树脂而形成的复合材料。虽然FRP是应用最广泛的复合材料，但其较低的刚度阻碍了其在一些工业领域的应用。因此，混杂纤维通过将玻璃纤维与碳纤维、芳纶纤维等混合来制造复合材料。

它非常有效，但价格昂贵。本文采用廉价易得的金属纤维和玻璃布作为增强材料，解决FRP刚性低的问题。由于金属纤维表面有氧化膜，与环氧树脂的附着力较差，因此酸氧化法破坏氧化膜，在纤维表面引入极性基团以提高附着力。基体树脂的掺入提高了混杂纤维复合材料的刚性，扩大了复合材料的应用领域。

金属纤维经盐酸或醋酸处理后，与环氧树脂的界面结合力大大提高，且醋酸处理的效果优于盐酸处理。玻璃纤维/金属网增强环氧树脂复合材料的机械性能可以添加到玻璃纤维增强环氧树脂复合材料中，并且金属网经过盐酸和醋酸处理后，可以大大提高材料的弹性模量。因此，一种低成本提高FRP制品刚性的方法是将经过盐酸或醋酸处理的廉价金属网与玻璃纤维相结合。

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