基于界面氫鍵結構的石墨烯/聚合物復合材料的阻尼性能

復合材料輕質(zhì)高強且可設計性好，在航空航天、交通運輸、建筑和電子工業(yè)等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應用 隨著(zhù)復合材料應用范圍的擴大，對其強度和安全性的要求更高 復合材料在高頻周期載荷作用下易發(fā)生受迫振動(dòng)而導致脆性斷裂，已成為其疲勞失效的主要形式之一 其原因是，共振產(chǎn)生的能量不能極快耗散而使材料的性能降低和發(fā)生疲勞損傷[1] 對復合材料進(jìn)行組元和結構優(yōu)化，在保持輕質(zhì)高強的同時(shí)實(shí)現能量快速轉化和耗散(高阻尼特性)，可顯著(zhù)提高其減振性能和構件的安全可靠性[2,3] 這已成為先進(jìn)復合材料結構與功能一體化的重要發(fā)展方向[4~6] 以碳納米管和石墨烯為代表的新型納米炭材料有獨特的納米尺度、較高的本征力學(xué)強度和優(yōu)異的導熱/導電特性，將其添加到聚合物基體中可顯著(zhù)提高復合材料的力學(xué)強度[7] 同時(shí)，納米復合材料的豐富界面有助于產(chǎn)生界面滑移(能量耗散)，從而提高復合材料的阻尼性能[8] 值得指出的是，界面滑移顯著(zhù)依賴(lài)復合材料組元間界面的相互作用[9, 10] 強共價(jià)鍵結合有利于應力傳遞但是顯著(zhù)抑制界面的滑移，使能量耗散和阻尼性能降低[11]；而弱范德華力有助于能量耗散，但是使力學(xué)強度降低[12] 因此，優(yōu)化調控組元間的界面相互作用是制備兼具高強高阻尼特性復合材料的關(guān)鍵 與共價(jià)鍵和范德華力相比，氫鍵的鍵能(25~40 kJ·mol-1)適中且具有獨特的動(dòng)態(tài)斷裂/再生可逆特性[13,14]，可用于制備自愈合或自修復功能復合材料[15,16] 其作用機制的本源，是氫鍵的可逆斷裂和再生分別對應能量的吸收和釋放 將氫鍵結構引入到復合材料界面中，受力變形過(guò)程中的界面摩擦滑移以及界面氫鍵的斷裂/再生可產(chǎn)生大量的能量耗散，有望顯著(zhù)提高復合材料力學(xué)強度和阻尼性能 為了制備高強高阻尼石墨烯/聚合物復合材料，本文提出在復合材料內部引入界面多重氫鍵結構，選用石墨烯(Gr)和聚苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯彈性體(SEBS)分別為納米增強填料和聚合物基體，接枝修飾引入氫鍵單元，用溶液共混與熱壓成型工藝制備石墨烯/SEBS復合材料 1 實(shí)驗方法1.1 實(shí)驗用材料 實(shí)驗用材料：石墨烯原料，是一種用電解氧化法制備的氧化石墨烯(GO)漿料(固含量為1%)，石墨烯層數小于3層，片徑尺寸為0.1~3 μm；苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)的型號為G1652，苯乙烯含量(質(zhì)量分數)為30%，數均分子量