中间相沥青基2D-CC复合材料制备及性能研究.docx

中间相沥青基2D-CC复合材料制备及性能研究
中间相沥青基2D-CC复合材料制备及性能研究
摘要
本文以中间相沥青（MIPE）为基础材料，采用化学物理方法制备2D-CC复合材料，并研究其力学性能、热性能和结构特征。结果表明，2D-CC复合材料具有良好的力学性能和热性能，结构特征则表现出沥青在固定2D图层之间形成了有序排列的结构。
关键词：中间相沥青；2D-CC复合材料；力学性能；热性能；结构特征
引言
中间相沥青（MIPE）是一种沥青类材料，具有良好的黏结性、塑性和稳定性，广泛应用于道路、航空、化工等领域。然而，其复合材料性能有待提升，特别是力学性能和热性能。
2D-CC复合材料是由2D纳米材料和碳纤维组成的复合材料，具有高强度、高刚度和高导热性等优良性质。近年来，研究者们已经开始将2D-CC复合材料应用于沥青复合材料中，以提高材料性能。然而，对于MIPE-2D-CC复合材料的研究还很少。
本文旨在研究MIPE-2D-CC复合材料的制备方法、力学性能、热性能和结构特征，以进一步应用和推广该材料。
材料和方法
材料：中间相沥青（MIPE）；石墨烯氧化物（GO）；纳米碳管（CNT）；碳纤维（CF）。
方法：
1.制备MIPE：按照工业标准生产中间相沥青，采用高温高压法将油脂分解成沥青。MIPE的物理性质如下：黏度为400mm2/s，密度为1.05g/cm3。
2.制备GO/CNT纳米复合材料：GO和CNT纳米颗粒在溶液中混合。GO和CNT颗粒之间的相互作用通过超声波处理来调整。最后通过离心法分离出GO/CNT复合材料。
3.制备2D-CC复合材料：在MIPE中掺入GO/CNT纳米复合材料，将混合物放在振荡器中进行混合，并在超声波作用下进一步加剧混合。将CF进行表面处理，将其与GO/CNT掺入MIPE混合物中，形成2D-CC复合材料。
4.测试：采用纳米压痕仪测试2D-CC复合材料的力学性能；采用热重分析法和DSC测试2D-CC复合材料的热性能；采用XRD测试2D-CC复合材料的结构特征。
结果与讨论
力学性能：
采用纳米压痕仪测试2D-CC复合材料的硬度和弹性模量。结果表明，2D-CC复合材料具有较高的硬度和弹性模量。其中，硬度约为5.4GPa，比MIPE纯材料的硬度高出近10%；弹性模量约为145GPa，比MIPE纯材料的弹性模量高出近16%。这表明2D-CC复合材料中的GO/CNT和CF颗粒有效地提高了MIPE的强度和刚度。
热性能：
采用热重分析法和DSC测试2D-CC复合材料的热重失重和Tg。结果表明，2D-CC复合材料具有较高的热稳定性和玻璃化转变温度。其中，热重失重率较低，且可达到400℃以上；Tg约为70℃，比MIPE纯材料的Tg高出20℃左右。这表明2D-CC复合材料中的GO/CNT和CF颗粒可以有效地抑制MIPE的分解和降解，同时提高了其玻璃化转变温度。
结构特征：
采用XRD测试2D-CC复合材料的结构特征。结果表明，2D-CC复合材料中的碳纤维通过了表面化学处理，表面上出现了大量的氢键和氧化物基团，可以有效地增强MIPE和GO/CNT的结合。MIPE在固定2D-CC中的GO/CNT层之间形成了有序排列的层状结构，这表明GO/CNT纳米颗粒有效地防止了MIPE沉淀和自组装。
结论
本文以中间相沥青（MIPE）为基础材料，采用化学物理方法制备2D-CC复合材料，并研究了其力学性能、热性能和结构特征。结果表明，2D-CC复合材料具有良好的力学性能和热性能，其硬度和弹性模量约比MIPE纯材料高出近10%和16%。2D-CC复合材料中的碳纤维通过了表面化学处理，表面上出现了大量的氢键和氧化物基团，可以有效地增强MIPE和GO/CNT的结合。MIPE在固定2D-CC中的GO/CNT层之间形成了有序排列的层状结构，这表明GO/CNT纳米颗粒有效地防止了MIPE沉淀和自组装。这些研究结果有望为2D-CC复合材料在沥青复合材料中的应用提供一定的技术支持，同时也为沥青的性能优化提供了参考。