尿素功能化石墨烯及其对酚醛树脂性能的影响.pdf

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1、Vo1.43.NO.12一一第43卷,第12期工程塑料应用302O15年12月ENGINEERINGPLASTICSAPPLICATIONDec.2015尿素功能化石墨烯及其对酚醛树脂性能的影响高延杰,李锦文,张清辉,魏海生,李传校,张俊华(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)摘要:采用尿素对氧化石墨烯(GO)进行化学修饰,一步法合成了可稳定分散在乙醇中的尿素功能化石墨烯(UFG),同时采用溶液共混法制备了酚醛树脂(PF)/UFG复合材料。X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、x射线光子能谱(XPS)、热重(TG)分析和扫描

2、电子显微镜(SEM)等分析表明,尿素对GO同时起到了接枝改性和还原的作用,所得UFG在PF中可均匀分散,并且可提高PF的残炭率,当UFG质量分数仅为0.1%时900~C残炭率较纯PF可提高4%。在该含量下,PF/UFG/CF复合材料的弯曲弹性模量较未加UFG时可提高13.0%,线烧蚀率和质量烧蚀率没有明显变化。关键词:尿素;石墨烯;功能化;酚醛树脂中图分类号:TQ322.3文献标识码:A文章编号:1001.3539(2015)12.0030.05PreparationofFunctionalizedGraphenewithUreaandItsEffec

3、tsonPropertiesofPhenolicFormaldehydeGaoYanjie,LiJinwen,ZhangQinghui,WeiHaisheng,LiChuanxiao,ZhangJunhua(CNGCInstitute53,Jinan250031,China)Abstract:Anovelchemicalfunctionalgraphene(UFG1wasachievedwithureaasmodifiedagentinonestep,whichcoulddispersehomogeneouslyinethanolsolvent.Mea

4、nwhilethephenolicformaldehyde(PF)/UFGcompositeswerepreparedbysolutionmixingwithdifferentamountofUFG.XRD,FTIR,XPS,TGandSEMcharacterizationsshowthatGOisgrafting—modifiedandreducesimultaneouslybyurea.AfteraddingUFG,itcanbedisperseduniformlyandstablyinPFmatrix,thecharyieldingofPF/UF

5、Gcompositeswithonly0.1%amountUFGat900~Cincreasesby4%comparingwithpurePF.WiththecontenttheflexuralmodulusofPF/UFG/CFcompositeincreasesby13.O%comparingwithPF/CFcomposite.Thereisnoobviouschangesaboutthe1inearablativerateandmassablativerate.Keywords:urea;graphene;functionalization;p

6、henolformaldehyde石墨烯是一种由碳原子六方堆积而成的二高的要求。将功能化石墨烯与PF复合,有望获得维碳材料,厚度仅为0.34nm,是目前世界上最薄的残炭率更高、力学性能更好、耐烧蚀性能更优异的复材料。石墨烯具有突出的力学性能[131(拉伸弹性合材料。笔者采用尿素对GO进行功能化,一步法模量可达1100GPa,断裂强度可达125GPa),且高制备了可稳定分散在乙醇和耐烧蚀PF中的尿素功温热稳定性极为突出,在聚合物基复合材料领域具能化石墨烯(UFG),并采用溶液共混法制备了PF/有较大应用前景。石墨烯表面完全隋性使其难以分UFG及其碳纤维(

7、CF)复合材料,分析了尿素对GO散到有机溶剂中,与树脂基体之间浸润性差。但石的功能化效果及其对PF性能的影响。墨烯的前驱体氧化石墨烯(GO表面含有大量含氧1实验部分官能团,利用这些含氧基团的活性对GO进行功能1.1主要原材料化可以得到结构接近完整石墨烯的功能化石墨烯。石墨粉:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;功能化石墨烯具有一定的表面活性,可以在有机溶高锰酸钾(KMnO)、浓硫酸(HSO)、浓磷酸剂中达到一定浓度的分散,并与聚合物基体之间发(HPO):分析纯,天津市大茂化学试剂厂;过氧化氢(H:O:)、尿素(CONH)、氨水(NH。·生相互作用。H,0

8、):分析纯,莱阳经济技术开发区精细化工厂;酚醛树脂(PF)是最重要的一种烧蚀材料基体,现有耐烧

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1、Vo1.43.NO.12一一第43卷,第12期工程塑料应用302O15年12月ENGINEERINGPLASTICSAPPLICATIONDec.2015尿素功能化石墨烯及其对酚醛树脂性能的影响高延杰,李锦文,张清辉,魏海生,李传校,张俊华(中国兵器工业集团第五三研究所,济南250031)摘要:采用尿素对氧化石墨烯(GO)进行化学修饰,一步法合成了可稳定分散在乙醇中的尿素功能化石墨烯(UFG),同时采用溶液共混法制备了酚醛树脂(PF)/UFG复合材料。X射线衍射(XRD)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、x射线光子能谱(XPS)、热重(TG)分析和扫描

2、电子显微镜(SEM)等分析表明,尿素对GO同时起到了接枝改性和还原的作用,所得UFG在PF中可均匀分散,并且可提高PF的残炭率,当UFG质量分数仅为0.1%时900~C残炭率较纯PF可提高4%。在该含量下,PF/UFG/CF复合材料的弯曲弹性模量较未加UFG时可提高13.0%,线烧蚀率和质量烧蚀率没有明显变化。关键词:尿素;石墨烯;功能化;酚醛树脂中图分类号:TQ322.3文献标识码:A文章编号:1001.3539(2015)12.0030.05PreparationofFunctionalizedGraphenewithUreaandItsEffec

3、tsonPropertiesofPhenolicFormaldehydeGaoYanjie,LiJinwen,ZhangQinghui,WeiHaisheng,LiChuanxiao,ZhangJunhua(CNGCInstitute53,Jinan250031,China)Abstract:Anovelchemicalfunctionalgraphene(UFG1wasachievedwithureaasmodifiedagentinonestep,whichcoulddispersehomogeneouslyinethanolsolvent.Mea

4、nwhilethephenolicformaldehyde(PF)/UFGcompositeswerepreparedbysolutionmixingwithdifferentamountofUFG.XRD,FTIR,XPS,TGandSEMcharacterizationsshowthatGOisgrafting—modifiedandreducesimultaneouslybyurea.AfteraddingUFG,itcanbedisperseduniformlyandstablyinPFmatrix,thecharyieldingofPF/UF

5、Gcompositeswithonly0.1%amountUFGat900~Cincreasesby4%comparingwithpurePF.WiththecontenttheflexuralmodulusofPF/UFG/CFcompositeincreasesby13.O%comparingwithPF/CFcomposite.Thereisnoobviouschangesaboutthe1inearablativerateandmassablativerate.Keywords:urea;graphene;functionalization;p

6、henolformaldehyde石墨烯是一种由碳原子六方堆积而成的二高的要求。将功能化石墨烯与PF复合,有望获得维碳材料,厚度仅为0.34nm,是目前世界上最薄的残炭率更高、力学性能更好、耐烧蚀性能更优异的复材料。石墨烯具有突出的力学性能[131(拉伸弹性合材料。笔者采用尿素对GO进行功能化,一步法模量可达1100GPa,断裂强度可达125GPa),且高制备了可稳定分散在乙醇和耐烧蚀PF中的尿素功温热稳定性极为突出,在聚合物基复合材料领域具能化石墨烯(UFG),并采用溶液共混法制备了PF/有较大应用前景。石墨烯表面完全隋性使其难以分UFG及其碳纤维(

7、CF)复合材料,分析了尿素对GO散到有机溶剂中,与树脂基体之间浸润性差。但石的功能化效果及其对PF性能的影响。墨烯的前驱体氧化石墨烯(GO表面含有大量含氧1实验部分官能团,利用这些含氧基团的活性对GO进行功能1.1主要原材料化可以得到结构接近完整石墨烯的功能化石墨烯。石墨粉:化学纯,国药集团化学试剂有限公司;功能化石墨烯具有一定的表面活性,可以在有机溶高锰酸钾(KMnO)、浓硫酸(HSO)、浓磷酸剂中达到一定浓度的分散,并与聚合物基体之间发(HPO):分析纯,天津市大茂化学试剂厂;过氧化氢(H:O:)、尿素(CONH)、氨水(NH。·生相互作用。H,0

8、):分析纯,莱阳经济技术开发区精细化工厂;酚醛树脂(PF)是最重要的一种烧蚀材料基体,现有耐烧

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