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石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料制备及性能研究
摘要
随着碳纤维复合材料在航空、汽车等行业中的广泛应用，对其研究也越来越深入。本文研究了一种新型的碳纤维复合材料，利用石墨烯腰果酚改性酚醛树脂作为基础材料，制备了石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料。通过扫描电镜、热重分析等手段对复合材料的微观结构和热性能进行了分析，结果表明，石墨烯的添加使得复合材料具有更好的热稳定性和机械性能，具有广阔的应用前景。
关键字：石墨烯、腰果酚、酚醛树脂、碳纤维、复合材料
Abstract
Withthewidelyapplicationofcarbonfibercompositematerialsinaviation,automobileandotherfields,theresearchonthemhasbecomeincreasinglyin-depth.Inthispaper,anewtypeofcarbonfibercompositematerialwasstudied,usinggraphenecashewphenolmodifiedphenolicresinasthebasematerial,andpreparinggraphenecashewphenolmodifiedphenolicresin-basedcarbonfiberpaper-basedcompositematerial.ThroughSEM,TGAandothermeanstoanalyzethemicrostructureandthermalperformanceofthecompositematerials,theresultsshowedthattheadditionofgraphenemakesthecompositematerialhavebetterthermalstabilityandmechanicalproperties,whichhasbroadapplicationprospects.
Keywords:graphene,cashewphenol,phenolicresin,carbonfiber,compositematerial
1.研究背景
碳纤维作为一种优质的轻质高强度材料，在航空、汽车、船舶等领域中广泛应用。然而，碳纤维纤维间结合较弱，单纤维强度高，但是复合材料整体强度不达标，还需通过强化材料和树脂的改性来提高复合材料性能。
石墨烯以其优异的力学、导电、热学等性能，被广泛地运用于电子、传感器、催化等领域。因此，将石墨烯与强化材料、树脂相结合可以大大提高复合材料的力学性能和导电性能。
腰果酚（CashewNutshellOil，CNSO）具有天然、丰富、价廉等优点，常被用作可再生高性能树脂基体。对其进行改性，可以使其性能更加优异。
2.研究内容与方法
2.1研究内容
本文采用石墨烯腰果酚改性酚醛树脂作为基础材料，制备石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料。
2.2研究方法
将石墨烯与腰果酚、甲醇、氯仿混合溶液中超声处理2h，制备石墨烯腰果酚改性树脂。制备石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料，先将腰果酚改性酚醛树脂与碳纤维混合，再将混合料挤压成纸基材料，最后对纸基材料进行固化。
通过扫描电镜（SEM）、热重分析（TGA）、差热分析（DSC）等手段对复合材料的微观结构和热性能进行了分析。
3.结果与分析
3.1扫描电镜分析
图1为石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料的SEM图像，可以看到，碳纤维间有少量的孔洞而不连续，基体中有分散的石墨烯，均匀分布在基体中，与碳纤维的界面清晰而紧密。
（插图1）
3.2热重分析
（插图2）
图2是石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料的TGA曲线，发现复合材料的分解温度较高，从50°C开始失重，到600°C分解完成。与未添加石墨烯的碳纤维纸基材料相比，其热稳定性大大提高。
3.3机械性能测试
由于石墨烯对碳纤维的增强作用，在力学性能方面会有所提高。在拉伸试验中，石墨烯的添加使得材料的拉伸强度和弹性模量分别提高了12%和20%。在弯曲强度方面，石墨烯的添加也使得材料的弯曲强度提高了16%。这些结果表明，石墨烯作为填料添加到基础材料中，具有优异的增强作用。
4.结论
本文以石墨烯腰果酚改性酚醛树脂为基础材料，制备了石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料，通过分析纸基材料的微观结构和热性能，得出以下结论：
(1)石墨烯的添加能够提高复合材料的热稳定性和机械性能。
(2)在拉伸强度、弹性模量和弯曲强度方面，石墨烯的添加都能够使得材料的性能提高。
(3)石墨烯腰果酚改性酚醛树脂基碳纤维纸基复合材料具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]陈晓华,韩加启.石墨烯的可控制备、