采用原位接枝法制備得到三維結(jié)構(gòu)的石墨烯／Si02雜化材料，用透射電鏡對雜化材料的表觀形貌進(jìn)行表征，同時(shí)對二氧化硅的粒徑進(jìn)行表征。利用環(huán)氧樹脂固化工藝制備復(fù)合材料樣條，將不同比例(0．1％、0．3％、 0．5％)的雜化材料添加到樹脂中制備樹脂基復(fù)合材料，利用萬能強(qiáng)力儀測試樣條的拉伸性能，利用掃描電鏡對樣條
的斷截面進(jìn)行掃描，研究不同比例的雜化材料對樹脂增強(qiáng)增韌效果的影響，并得到*佳的添加比例。再以*佳添加比例將石墨烯/Si02、雜化材料分別添加到樹脂中制備樹脂基復(fù)合材料，研究不同種類的填料對樹脂基復(fù)合材料的增 強(qiáng)增韌效果。結(jié)合拉伸測試結(jié)果和斷截面掃描結(jié)果分析可以得到，雜化材料的添加量為0．3％時(shí)，對樹脂基復(fù)合材 料的增強(qiáng)增韌效果*佳；且雜但材料對樹脂的增強(qiáng)增韌效果要明顯優(yōu)于單獨(dú)添加石墨烯和二氧化硅。
本實(shí)驗(yàn)先將不同質(zhì)量比(0．1％、0．3％、0．5％)的石墨烯／SiO2雜化材料添加到樹脂中，制備得到樹脂基復(fù)合材料，比較不同比例的雜化材料對環(huán)氧樹脂的增強(qiáng)增韌效果，得到
*佳的添加比例；再將不同種類的填料(石墨烯、Si02雜化 材料)以*佳的添加比例添加到樹脂中，比較不同種類的填
料對樹脂基復(fù)合材料的拉伸效果的影響；再分析不同比例和 不同種類的填料對樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌效果。
1 實(shí)驗(yàn) 1．1實(shí)驗(yàn)原材料 環(huán)氧樹脂(氫化雙酚A二縮水甘油醚)；固化劑(甲基六
氫鄰苯二甲酸酐)；促進(jìn)劑(2-乙基一4一甲基咪唑)。 石墨烯，直徑1～20弘m，厚度5～15 nm，廈門凱納石墨 烯技術(shù)有限公司；濃硫酸H。SO．；(濃度為98％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))、 濃硝酸HNO；(濃度為68％(質(zhì)量分?jǐn)?shù)))、四氫呋喃、氨水，乙 醇，正硅酸乙酯(TEOS)，分析純AR，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限 公司；聚丙烯酸，天津大茂化學(xué)試劑廠；DCC(99％)，阿拉丁 工業(yè)公司；KH550，耀華牌硅烷偶聯(lián)劑；SiO。，贏創(chuàng)德固賽有 限公司；去離子水，實(shí)驗(yàn)室自制。
1．2石墨烯／Si02雜化材料的制備 (1)石墨烯的酸化 稱取一定量的石墨烯微片，采用濃硫酸／濃硝酸(體積比 3：1)混酸酸化，在140℃的恒溫油浴中回流1 h后，取出反 應(yīng)混合物，經(jīng)過稀釋，過濾．用去離子水清洗至濾液的pH值 為7，*后將產(chǎn)物置于50℃干燥，得到產(chǎn)物f_GNPs。 (2)酸化石墨烯表面接枝聚丙烯酸 將一定量I-GNPs、PAA、DCC和四氫呋喃超聲波破碎儀混合30 min，接著在氮?dú)獗Ｗo(hù)下60℃磁力攪拌48 h。收集所得的固 體產(chǎn)物，用四氫呋喃洗滌，干燥，產(chǎn)物標(biāo)記為PAA—GNPs。 (3)KH550與PAA—GNPs反應(yīng)
將一定量PAA—GNPs、DCc于四氫呋喃中超聲波破碎儀分散30 min， 接著在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，逐滴加入KH550，于60℃磁力攪拌24 h。將所得產(chǎn)物進(jìn)行過濾、洗滌，再置于80℃干燥，產(chǎn)物標(biāo)記
為KH550一PAA—GNPs。
(4)石墨烯／Si02雜化材料的制備 將一定量制備得到的KH550一PAA-GNPs加入到去離 子水中，于室溫下磁力攪拌24 h充分水解。在水解完成以后，加入一定量的正硅酸乙酯、氨水和乙醇攪拌一定的時(shí)間。
*后，對所得黑色雜化材料進(jìn)行抽濾、洗滌、干燥，得到石墨 烯／SiO。雜化材料。在SiO：的整個生長過程中，主要分為兩 個步驟：**步，先水解成帶羥基的產(chǎn)物及醇；**步，在Si0H與Si-OH之間，Si-OH與Si—OR之間發(fā)生脫水或脫醇反 應(yīng)，*終形成Si—DSi鍵，這些Si—oSi鍵之間不斷交聯(lián)，形成 顆粒聚集體，*后在石墨烯片層表面生成siO。球體。 1．3樹脂基復(fù)合材料的制備 按照國際樣條測試標(biāo)準(zhǔn)GB／T2568—1995，在一定的工藝 條件下制備標(biāo)準(zhǔn)環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的樣條。將環(huán)氧樹脂、
固化劑、促進(jìn)劑按照比例100：70：1配制環(huán)氧樹脂體系；先 用清潔劑清洗模具3遍，再用脫模劑清洗模具3遍，然后將 模具放入80℃的烘箱中預(yù)熱30 min；同時(shí)，將配制好的樹脂
體系放人80℃的真空烘箱中對其進(jìn)行真空抽濾，除盡樹脂
體系中的空氣；接著，將經(jīng)過抽濾的樹脂體系倒入之前預(yù)熱 的模具中，使其在80℃固化1 h；再令樹脂體系在120℃固 化，在固化程度恰當(dāng)?shù)那闆r下，將樣條從模具中取出；使樣條
在160℃固化1 h，得到所需的復(fù)合材料樣條。 上述方法制備得到純樹脂樣條，向環(huán)氧樹脂體系中分別 按照0．1％、0．3％、0．5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))添加石墨烯／sio。雜化 材料制備樣條，得到填料的*佳添加比例。再按照*佳添加
比例加入一定量的石墨烯、SiO：和雜化材料，制得樹脂基復(fù) 合材料樣條。其具體步驟是取所需粉末加入環(huán)氧樹脂體系 中，將該體系恒速攪拌8 h，然后將該體系超聲波破碎儀30min，使粉 末均勻分散于樹脂體系中，*后按照制備純樹脂樣條的步驟 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則可制得復(fù)合材料樣條。模具和樣條如圖1和圖 2所示，樣條有效長度40 mm、厚度4 mm、寬度20 mm。
1．4測試與表征 (1)透射電子顯微鏡(TEM) 利用日本日立公司生產(chǎn)的H一800—1型透射電子顯微鏡，
加速電壓為20 kV。將干燥后的樣品充分研磨，分散在有機(jī)溶劑中。通過超聲波破碎儀超聲一段時(shí)間，待樣品充分分散后用針管滴到涂有 全碳膜的銅網(wǎng)上，在透射電鏡下進(jìn)行觀察。(2)拉伸測試采用Instron3385H萬能材料拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉伸測試。測試條件為：樣條有效寬度20 mm，樣條有效厚度 4 mm，樣條有效長度40 mm；在室溫條件下以2 mm／min的
拉伸速率分別測試每組樣條。 (3)掃描電子顯微鏡(SEM) 采用13本13立公司生產(chǎn)的HITACHI
SUl510型掃描電 子顯微鏡在10 kV加速電壓下進(jìn)行掃描觀察。首先將干燥 后的樣品放在粘有導(dǎo)電膠的樣品臺上，在其表面噴金處理后
放入儀器中進(jìn)行掃描觀察。
結(jié)論 (1)本實(shí)驗(yàn)通過原位接枝的方法，制備得到SiO2。粒徑為 0．13弘m的石墨烯／Si02雜化材料。透射電鏡顯示Si02以球狀形式接枝于片層石墨稀表面。 (2)添加不同質(zhì)量比(0．1％、0．3％、0．5％)的雜化材料 制備得到的環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料，分析得到當(dāng)添加0．3％雜化材料時(shí)，*大應(yīng)力值和斷裂伸長率都要比添加其他兩種比例的 雜化材料高，說明材料的強(qiáng)度和韌性*佳。表明雜化材料的
含量為0．3％時(shí)，對環(huán)氧樹脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)增韌效果*佳。 (3)添加不同種類填料的復(fù)合材料的拉伸性能要優(yōu)于純樹脂，且二氧化硅粒徑為0．13肚m的石墨烯／sio。雜化材料
的*大應(yīng)力值和斷裂伸長率都高于添加其他兩種填料的復(fù) 合材料。說明雜化材料的增強(qiáng)增韌作用要優(yōu)于加入純石墨 烯和純二氧化硅的復(fù)合材料。其原因可能是：雜化材料特殊 的三維立體結(jié)構(gòu)能有效傳遞和承擔(dān)拉伸過程中的載荷，從而
阻止應(yīng)力集中的現(xiàn)象。 (4)斷截面掃描結(jié)果顯示，添加0．3％雜化材料的復(fù)合材 料斷面相對于其他兩種比例更加細(xì)碎。添加雜化材料的復(fù) 合材料斷面相對于其他兩種填料截面更加粗糙，鱗片狀斷裂
溝槽更加明顯。
