石墨烯增强环氧树脂基复合材料的研究进展

工况 条件下工程应用的要求 ，运用石墨烯作为增 强体 改性环氧树脂取得 了 良好的增强效果 ，并显示 出了极大 的应 用前
景。在介 绍石墨烯及其衍生物结构和性能特点 的基础上 ，阐述 了石墨烯 的功能化 改性及其 与 聚合 物树脂 的复合方 法 ，
重点叙述了石墨烯改性环氧树脂复合材料 的研究 概况 ，并展望 了石 墨烯／环氧树脂 复合 材料 的发展前景 。
第 ４６卷第 ９期 ２０１８年 ９月
塑料 工 业
ＣＨＩＮＡ ＰＬＡ ｎ ＣＳ ＩＮＤＵＳＴＲＹ
石墨烯 增强环 氧树脂基复 合材 料的研究进 展
田 晋 ，高 立 ，齐泽 昊 ，张 翠 平 ，辛 昊 ，谭 业 发
（陆军 工程 大学研究生 院 ，江苏 南京 ２１０００７）
Biblioteka Baidu
摘要 ：环氧树脂基复合材料在工程领域 中的应用 日趋广泛 ，为 了进 一步提高其理化性能和力学性 能 ，以满 足苛刻
关键词 ：复合材料 ；环氧树脂 ；石墨烯 ；研究进展
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－５７７０．２０１８．０９．００１
中图分类号 ：ＴＱ３２３．５
文献标识码 ：Ａ
文章 编号 ：１００５—５７７０ （２０１８）０９—０００１—０５
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｅｎｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｅｐｏｘｙ Ｃｏｍ ｐｏｓｉｔｅｓ ＴＩＡＮ Ｊｉｎ，ＧＡＯ Ｌｉ，ＱＩ Ｚｅ—ｈａｏ，ＺＨＡＮＧ Ｃｕｉ—ｐｉｎｇ，ＸＩＮ Ｈａｏ，ＴＡＮ Ｙｅ—ｆａ
环 氧树脂 由于其粘 接性 能 高 、机械性 能 好 、收缩 率低 、易加工 成 型和成 本低 廉等 优 点 ，通 常 作为 复合 材料 基体 广泛 应用 于机 械 制造 、化 工 、车辆 工程 、航 空航 天 、船舶 运输 等重 要 工业领 域 。但是 ，由于 环氧 树脂 固化 后交 联 密度 高 、脆 性 大 ，导致其 存 在着 内应 力 大 、耐疲 劳性 能差 、摩擦 因数 高 、断裂 韧 性低 及对 微裂 纹 较为 敏感 等突 出 问题 。这 些 缺 陷在很 大程 度上 限制 了其在 工程 领域 中的 广 泛应 用 Ｊ。因此 ，如何 对 环氧 树 脂 进 行 改 性 ， 以提 高 其 理 化 性 能 和 力 学 性 能 ，制 备具 有优 异综 合性 能 的环氧 复合 材料 ，是亟 待 解 决 的重要 课题 。
近 年来 ，纳 米碳 材料 中石 墨烯 和 氧化石 墨 烯成 为 了科学 界关 注度 较 高 的新 型材 料 。 由于石 墨烯 具有 优 异 的理 化性 能 和力 学性 能 ，其 用作 填 料实 现对 树脂 基 体 的改 性 ，以制 备综 合性 能更 加优 异 的纳 米增 强树 脂
基材 料 ，进 一 步适应 工 程应 用 的要求 。例 如 ，添加 适 量 的石 墨烯 作 为增 强体 改性 环氧 树脂 可显 著提 高其 力 学性 能 、热 学性 能 、抗 腐蚀 性能 以及 电学 性 能 ，在 汽 车 轻量 化设 计 、 电子 电器绝 缘封 装 和功能 涂料 等领 域 前 景 日趋广 泛 。为此 ，本文 根据 该领 域 国 内外 研究 成 果 ，在 介绍 了石 墨烯 的结构 与性 能特 点 的基础 上 ，阐 述 了石 墨烯 的功能 化改 性及 其与 聚合 物树 脂 的复合 方 法 ，评 述 了其 在树 脂基 中的研究 概 况 ，并展 望 了石墨 烯／环 氧树 脂 复合 材料 的发 展前 景 。
１ 石墨烯 的结构 与性能特点
石 墨烯是 一种 碳 原 子 以 ｓｐ 杂 化 连 接 的二 维 晶体 材 料 ，其 理论 厚度 只有 ０．３４ ｎｍ。其 中碳 原 子 的配位 数为 ３，且 每 相邻 两 个 碳 原 子 间 的键 长 为 ０．１４２ ｎｍ。 但 是 ，现 实 存 在 的石 墨烯 并 不 是 一 个 绝 对 的平 面结 构 ，而是 具 有 略微 波 浪 状 的层 式 结 构 Ｊ。这 些 起 伏
（Ｇｒａｄｕａｔｅ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｒｍｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＰＬＡ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｆｉｅｌｄ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｉｒ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａ ｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｕｎｄｅｒ ｈａｒｓｈ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｓ ａ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｔｏ ｍｏｄｉｆｙ ｅｐｏｘｙ ｒｅｓｉｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ ｇｏｏｄ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ， ｗｈｉｃｈ ｓｈｏｗｅｄ ｇｒｅａｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒ ｔｉｅｓ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｒ ｉｖａｔｉｖｅｓ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｏｕｎｄｅｄ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｍｏｄｉｆ ｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｗｉｔｈ ｐｏｌｙｍｅｒ ｒｅｓｉｎｓ， ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｐｈｅｎｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ， ａｎｄ ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ｇ ｒａｐｈｅｎｅ／ｅｐｏｘｙ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ； Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ； Ｇｒａｐｈｅｎｅ； Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ