摘 要

传统的酚醛树脂分子结构中的亚甲基和酚羟基非常容易被氧化，使得其耐热性能受到了很大的影响，从而限制了它在材料方面的应用，因此对酚醛树脂进行改性研究以提高其耐热性被赋予了重要的意义。本研究采用硅烷偶联剂KH550对石墨烯微片进行表面改性，并用改性后的GNPs制备GNPs/酚醛树脂复合材料。应用扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（IR）、拉曼光谱（Raman）对GNPs的微观结构进行了分析，与此同时还对其增强的复合材料力学性能、导热性能以热稳定性能进行了研究。改性GNPs的加入使其酚醛树脂复合材料的弯曲模量有所提高，但是弯曲强度有所下降，GNPs对材料的导热与热稳定性能的提高也有显著的作用。各项研究表明经石墨烯微片改性后的酚醛树脂的耐热性等热学性能要明显优于纯酚醛树脂。

关键词：改性、石墨烯微片、酚醛树脂、耐热性、性能研究

Abstract

Traditional phenolic resin is easily oxidized because of the phenolic hydroxyl group and methylene on the molecular structure,what greatly affects the heat resistance and limits its application in high-performance materials,sothe modification of phenolic resin to improve its heat resistance is of great significance.In this study,we use KH550 to do the surface modification of GNPs, and then use that preparing for GNPs / phenolic resin composites .Scanning electron microscopy (SEM), infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy (Raman) are used to analyze the microstructure of GNPs , while we also do research on its mechanical properties,thermal conductivity properties and thermal stability properties of composite materials.The add of GNPs has increased the elastic modulus of modified phenolic resin composite material, but decreased bending strength,and GNPs also has a significant role in improving the thermal stability and thermal conductivity of the material. The studies showed that the hermal performance such as heat resistance, of phenolic resin after it is modified by GNPs is significantly better than the pure phenolic resin.

Key words: modification,phenolic resin,heat resistance,performance research`

目录

第一章 绪论 1

1.1酚醛树脂 1

1.1.1酚醛树脂简介 1

1.1.2酚醛树脂的分类与合成 1

1.1.3酚醛树脂的改性研究 2

1.2石墨/聚合物纳米复合材料的研究 3

1.2.1石墨烯微片（GNP） 3

1.3.2 石墨烯片的表面改性 4

1.3.2.1共价键功能化 4

1.3.2.2 非共价键功能化 4

1.2.3石墨烯/聚合物纳米材料的制备方法 5

1.2.3.1原位聚合法 5

1.2.3.2溶液复合法 5

1.2.3.3熔融混合法 5

1.3本课题提出的目的与意义 5

第二章 石墨烯微片/酚醛树脂复合材料的制备 7

2.1实验原料与仪器 7

2.2实验仪器及设备 7

2.3样品的制备 8

2.3.1石墨烯微片（GNP）的改性和制备 8

2.3.2改性石墨烯微片/酚醛树脂复合材料的制备 8

第三章 改性GNPs/酚醛树脂复合材料样品的表征 10

3.1力学性能测试 10

3.2扫描电子显微镜（SEM）表征 10

3.2.1扫描电子显微镜的工作原理及特点 10

3.2.2扫描电子显微镜（SEM）的观察步骤 11

3.3 TGA表征 11

3.4导热性能分析 11

3.5红外光谱（IR）表征 12

3.6拉曼光谱表征 12

第四章 分析结果与讨论 13

4.1 改性石墨烯微片的红外和拉曼表征 13

4.2改性GNPs/酚醛树脂复合材料微观结构 14

4.3改性GNPs/酚醛树脂复合材料力学性能 15

4.4改性GNPs/酚醛树脂复合材料热稳定性能 16

4.5改性GNPs/酚醛树脂复合材料导热性能 17

第五章 总结与展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 绪论

1.1酚醛树脂

1.1.1酚醛树脂简介

鉴于酚醛树脂突出的热稳定性，机械强度以及电绝缘性能，它经常被应用于制备摩阻材料、耐火结合剂等，另外它也常被用作耐烧蚀材料，在航空航天工业，例如空间飞行器、火箭、导弹等方面，有着非常重要的用途^[1]。

与此同时，酚醛树脂也具有良好的阻燃性，这种性能对于石油化工，建筑材料等领域是十分重要的，用酚醛树脂制备的酚醛泡沫等复合材料具有广泛地应用前景和使用价值。相对于其他树脂，酚醛树脂主要具有以下几种特性^[2]：①原料容易获取而且价格便宜；②耐热、耐燃、可自灭，电绝缘性能好，但耐电弧性差；③化学性能稳定，耐酸性强，耐碱性差；④制品的尺寸非常稳定。作为最老的一类热固性树脂，酚醛树脂在工业上得到了广泛的应用。

1.1.2酚醛树脂的分类与合成

酚醛树脂的合成以及固化过程完全与体型缩聚反应的规律相一致。酚醛树脂大致可以分为两种类型——热固性酚醛树脂和热塑性酚醛树脂，前者含有可进一步反应的羟甲基活性基团的树脂，如果不对合成反应加以控制，就会一直进行至不溶不熔的具有三向网络结构的固化树脂，因此这类树脂又称一阶树脂；后者是线型树脂，更深层次的反应不会形成三向网络结构的树脂，只有在加入固化剂之后才能进一步反应成三向网络结构的固化树脂，这类树脂又称二阶树脂^[3]。这两类树脂的合成及固化的方法与反应历程，还有聚合物的分子结构都不相同。

当苯酚与甲醛之比大于1时，热塑性酚醛树脂能够通过添加酸性催化剂而合成，当选用六亚甲基四胺作为固化剂时，由于苯酚的量在热塑性酚醛树脂中多于甲醛，苯酚和甲醛的缩聚反应远远要大于加成反应，因此首先会得到二羟基二苯基甲烷，继续反应时只能够生成线型的热塑性酚醛树脂，这种树脂的分子量是比较低的而且分布较宽。当聚合物链上的羟甲基几乎完全反应时，在加热的条件下，可以得到熔融的高分子的产物但是它不能够进一步进行缩聚。但在加入固化剂后该产物将会发生交联反应，得到热固性酚醛树脂。热塑性酚醛树脂也可以在碱性条件下获得，但是这种方法目前没有得到较多的应用，在该反应中苯酚与甲醛之比仍然要大于1。