本文摘要：摘要：與碳納米管相比,石墨具有較低的價(jià)格和粘土的層狀結(jié)構(gòu)以及優(yōu)越的熱電性能，它可以作為粘土和碳納米管的替代品，開發(fā)具有多功能的聚合物復(fù)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(fù)合材料，研究不同含量的石墨粉對(duì)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(jià)格和粘土的層狀結(jié)構(gòu)以及優(yōu)越的熱電性能，它可以作為粘土和碳納米管的替代品，開發(fā)具有多功能的聚合物復(fù)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(fù)合材料，研究不同含量的石墨粉對(duì)石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的性能影響。使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、塑料洛氏硬度計(jì)和電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)分別測定復(fù)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(duì)復(fù)合材料性能的影響。
關(guān)鍵詞：石墨粉;不飽和聚酯樹脂;復(fù)合材料
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(xiàn)實(shí)生活各方面的應(yīng)用中最大的特點(diǎn)就是具有應(yīng)用實(shí)效性。根據(jù)不飽和聚酯樹脂的具體研究和實(shí)際應(yīng)用來看，其主要特點(diǎn)可以歸納為：(1)加工塑性效果理想;(2)品種多樣;(3)物理性質(zhì)較為穩(wěn)定;(4)耐腐蝕較為突出;(5)絕緣效果理想。為了能夠在實(shí)際生產(chǎn)或者是應(yīng)用方面體現(xiàn)不飽和聚酯樹脂有較強(qiáng)的應(yīng)用效能，就需要采取較為理想的措施和手段對(duì)其進(jìn)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(yè)的結(jié)構(gòu)材料、粘合劑、涂料和絕緣材料。由于熱固性樹脂交聯(lián)密度高，導(dǎo)致它們熱穩(wěn)定高，擁有化學(xué)惰性的和機(jī)械硬化的特點(diǎn)。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(fā)生機(jī)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(guān)重要的應(yīng)用[1]。
與傳統(tǒng)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(gè)良好的增韌劑，以其膨脹系數(shù)小，導(dǎo)熱性好，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)成為工業(yè)生產(chǎn)的常用材料[2]。石墨最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是其具有優(yōu)良的減摩潤滑作用及較低的摩擦系數(shù)。石墨烯是一種由碳原子組成的原子級(jí)二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)，是一種新興材料，在微電子機(jī)械系統(tǒng)，耐磨材料，涂料，添加劑和液體/固體潤滑劑等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。它具有極高的導(dǎo)熱性，極高的剛度和彈性，良好的光學(xué)，電學(xué)性能。多年來，石墨一直被用作摩擦復(fù)合材料(FC)中的固體潤滑劑。隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)石墨烯的性質(zhì)優(yōu)于石墨。對(duì)我國來說，石墨的加工工藝比較落后[3]，石墨產(chǎn)品的附加值較低，因此，加大研發(fā)力度，增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)水平已迫在眉睫。
本次課題的主要任務(wù)是在不飽和聚酯樹脂配方里添加微米石墨粉填料，希望達(dá)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(duì)不飽和聚酯樹脂性能的影響。
材料論文投稿刊物：《復(fù)合材料學(xué)報(bào)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1984年，為北京航空航天大學(xué)和中國復(fù)合材料學(xué)會(huì)主辦的國家級(jí)學(xué)術(shù)性科技期刊，為中國材料科學(xué)核心期刊。
研究內(nèi)容
本文主要研究的內(nèi)容是石墨粉對(duì)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(shí)對(duì)石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)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(fù)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(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、處理和分析，得出結(jié)論。
2.實(shí)驗(yàn)方案
2.1實(shí)驗(yàn)原料
191#不飽和聚酯樹脂、微米石墨粉、固化劑(過氧化環(huán)己酮)、促進(jìn)劑(環(huán)烷酸鈷)。
2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)設(shè)備：萬能材料試驗(yàn)機(jī)、真空干燥箱、電子天平、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)、塑料洛氏硬度計(jì)、電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)。
2.3實(shí)驗(yàn)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(zhì)量：0.1、0.2、0.5、1)的石墨粉，然后用攪拌機(jī)攪拌均勻，為了避免產(chǎn)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(jìn)劑，加入U(xiǎn)PR/石墨粉的預(yù)混物中，然后用攪拌機(jī)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(zhǔn)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(biāo)號(hào)裝進(jìn)袋子里，打磨后測量尺寸再進(jìn)行性能測試。
3.測試與表征
根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，表征環(huán)氧樹脂復(fù)合材料力學(xué)性能;拉伸性能的測試，試驗(yàn)方法參照(GB1446-83)。沖擊性能的測試，試驗(yàn)方法參照(GB1451-83)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果
4.1復(fù)合材料沖擊性能分析
石墨粉的加入可以提高該復(fù)合材料的沖擊性能。石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度隨著石墨含量的增加而增加，當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為1：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度達(dá)到最大值;不添加石墨粉時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度最小。以上結(jié)果可以歸因于石墨粉本身具有良好的機(jī)械性能和較大的比表積，能夠很好的提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。
4.2復(fù)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(fù)合材料的洛氏硬度。當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的洛氏硬度達(dá)到最大值。
4.3復(fù)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(fù)合材料的最大應(yīng)力先上升后下降。當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的最大應(yīng)力達(dá)到最大值;不添加石墨粉的試樣的最大應(yīng)力是最低的�？梢园l(fā)現(xiàn)，并不是石墨粉含量越多，復(fù)合材料的最大應(yīng)力最大。
材料總體的應(yīng)變基本保持不變，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的最大應(yīng)變的一組是石墨粉和不飽和聚酯樹脂的比例為0.5：100時(shí);而當(dāng)它們的比例為1：100時(shí)，最大應(yīng)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(fù)合材料的楊氏模量先上升后下降。當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的楊氏模量達(dá)到最大值。
結(jié)論
通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。初步得到以下結(jié)論：
(1)通過沖擊測試結(jié)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(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度也增加，當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為1：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度最好。
(2)通過硬度測試結(jié)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(fù)合材料的硬度先上升后下降，當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的硬度最大。
(3)通過拉伸測試結(jié)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(fù)合材料的最大應(yīng)力、楊氏模量先上升后下降;當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的最大應(yīng)力、楊氏模量達(dá)到最大值。
(4)通過疲勞測試結(jié)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(fù)合材料的疲勞性能先上升后下降，當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，試樣的疲勞性能最佳。
綜合以上結(jié)果可知石墨粉的含量并不是越多越好，而是要控制在一定的含量。本次研究得出的結(jié)果是，當(dāng)石墨粉與不飽和聚酯樹脂的比例為0.2：100時(shí)，石墨粉/不飽和聚酯樹脂復(fù)合材料的性能最好。
參考文獻(xiàn)
[1]楊建.石墨填充橡膠材料的性能研究及納米復(fù)合材料的制備[D].北京化工大學(xué),2008.
[2]徐佳佳.不飽和樹脂特點(diǎn)和應(yīng)用研究[J],2017,32(17)
[3]章震.氧化石墨/不飽和聚酯復(fù)合材料性能研究[J].杭州化工,2016,46(01):19-23.
作者簡介：吳昆
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