采用原位接枝法制備得到三維結構的石墨烯／Si02雜化材料，用透射電鏡對雜化材料的表觀形貌進行表征，同時對二氧化硅的粒徑進行表征。利用環氧樹脂固化工藝制備復合材料樣條，將不同比例(0．1％、0．3％、 0．5％)的雜化材料添加到樹脂中制備樹脂基復合材料，利用萬能強力儀測試樣條的拉伸性能，利用掃描電鏡對樣條
的斷截面進行掃描，研究不同比例的雜化材料對樹脂增強增韌效果的影響，并得到*佳的添加比例。再以*佳添加比例將石墨烯/Si02、雜化材料分別添加到樹脂中制備樹脂基復合材料，研究不同種類的填料對樹脂基復合材料的增 強增韌效果。結合拉伸測試結果和斷截面掃描結果分析可以得到，雜化材料的添加量為0．3％時，對樹脂基復合材 料的增強增韌效果*佳；且雜但材料對樹脂的增強增韌效果要明顯優于單獨添加石墨烯和二氧化硅。
本實驗先將不同質量比(0．1％、0．3％、0．5％)的石墨烯／SiO2雜化材料添加到樹脂中，制備得到樹脂基復合材料，比較不同比例的雜化材料對環氧樹脂的增強增韌效果，得到
*佳的添加比例；再將不同種類的填料(石墨烯、Si02雜化 材料)以*佳的添加比例添加到樹脂中，比較不同種類的填
料對樹脂基復合材料的拉伸效果的影響；再分析不同比例和 不同種類的填料對樹脂基復合材料的增強增韌效果。
1 實驗 1．1實驗原材料 環氧樹脂(氫化雙酚A二縮水甘油醚)；固化劑(甲基六
氫鄰苯二甲酸酐)；促進劑(2-乙基一4一甲基咪唑)。 石墨烯，直徑1～20弘m，厚度5～15 nm，廈門凱納石墨 烯技術有限公司；濃硫酸H。SO．；(濃度為98％(質量分數))、 濃硝酸HNO；(濃度為68％(質量分數))、四氫呋喃、氨水，乙 醇，正硅酸乙酯(TEOS)，分析純AR，國藥集團化學試劑有限 公司；聚丙烯酸，天津大茂化學試劑廠；DCC(99％)，阿拉丁 工業公司；KH550，耀華牌硅烷偶聯劑；SiO。，贏創德固賽有 限公司；去離子水，實驗室自制。
1．2石墨烯／Si02雜化材料的制備 (1)石墨烯的酸化 稱取一定量的石墨烯微片，采用濃硫酸／濃硝酸(體積比 3：1)混酸酸化，在140℃的恒溫油浴中回流1 h后，取出反 應混合物，經過稀釋，過濾．用去離子水清洗至濾液的pH值 為7，*后將產物置于50℃干燥，得到產物f_GNPs。 (2)酸化石墨烯表面接枝聚丙烯酸 將一定量I-GNPs、PAA、DCC和四氫呋喃超聲波破碎儀混合30 min，接著在氮氣保護下60℃磁力攪拌48 h。收集所得的固 體產物，用四氫呋喃洗滌，干燥，產物標記為PAA—GNPs。 (3)KH550與PAA—GNPs反應
將一定量PAA—GNPs、DCc于四氫呋喃中超聲波破碎儀分散30 min， 接著在氮氣保護下，逐滴加入KH550，于60℃磁力攪拌24 h。將所得產物進行過濾、洗滌，再置于80℃干燥，產物標記
為KH550一PAA—GNPs。
(4)石墨烯／Si02雜化材料的制備 將一定量制備得到的KH550一PAA-GNPs加入到去離 子水中，于室溫下磁力攪拌24 h充分水解。在水解完成以后，加入一定量的正硅酸乙酯、氨水和乙醇攪拌一定的時間。
*后，對所得黑色雜化材料進行抽濾、洗滌、干燥，得到石墨 烯／SiO。雜化材料。在SiO：的整個生長過程中，主要分為兩 個步驟：**步，先水解成帶羥基的產物及醇；**步，在Si0H與Si-OH之間，Si-OH與Si—OR之間發生脫水或脫醇反 應，*終形成Si—DSi鍵，這些Si—oSi鍵之間不斷交聯，形成 顆粒聚集體，*后在石墨烯片層表面生成siO。球體。 1．3樹脂基復合材料的制備 按照國際樣條測試標準GB／T2568—1995，在一定的工藝 條件下制備標準環氧樹脂基復合材料的樣條。將環氧樹脂、
固化劑、促進劑按照比例100：70：1配制環氧樹脂體系；先 用清潔劑清洗模具3遍，再用脫模劑清洗模具3遍，然后將 模具放入80℃的烘箱中預熱30 min；同時，將配制好的樹脂
體系放人80℃的真空烘箱中對其進行真空抽濾，除盡樹脂
體系中的空氣；接著，將經過抽濾的樹脂體系倒入之前預熱 的模具中，使其在80℃固化1 h；再令樹脂體系在120℃固 化，在固化程度恰當的情況下，將樣條從模具中取出；使樣條
在160℃固化1 h，得到所需的復合材料樣條。 上述方法制備得到純樹脂樣條，向環氧樹脂體系中分別 按照0．1％、0．3％、0．5％(質量分數)添加石墨烯／sio。雜化 材料制備樣條，得到填料的*佳添加比例。再按照*佳添加
比例加入一定量的石墨烯、SiO：和雜化材料，制得樹脂基復 合材料樣條。其具體步驟是取所需粉末加入環氧樹脂體系 中，將該體系恒速攪拌8 h，然后將該體系超聲波破碎儀30min，使粉 末均勻分散于樹脂體系中，*后按照制備純樹脂樣條的步驟 進行實驗，則可制得復合材料樣條。模具和樣條如圖1和圖 2所示，樣條有效長度40 mm、厚度4 mm、寬度20 mm。
1．4測試與表征 (1)透射電子顯微鏡(TEM) 利用日本日立公司生產的H一800—1型透射電子顯微鏡，
加速電壓為20 kV。將干燥后的樣品充分研磨，分散在有機溶劑中。通過超聲波破碎儀超聲一段時間，待樣品充分分散后用針管滴到涂有 全碳膜的銅網上，在透射電鏡下進行觀察。(2)拉伸測試采用Instron3385H萬能材料拉伸試驗機進行拉伸測試。測試條件為：樣條有效寬度20 mm，樣條有效厚度 4 mm，樣條有效長度40 mm；在室溫條件下以2 mm／min的
拉伸速率分別測試每組樣條。 (3)掃描電子顯微鏡(SEM) 采用13本13立公司生產的HITACHI
SUl510型掃描電 子顯微鏡在10 kV加速電壓下進行掃描觀察。首先將干燥 后的樣品放在粘有導電膠的樣品臺上，在其表面噴金處理后
放入儀器中進行掃描觀察。
結論 (1)本實驗通過原位接枝的方法，制備得到SiO2。粒徑為 0．13弘m的石墨烯／Si02雜化材料。透射電鏡顯示Si02以球狀形式接枝于片層石墨稀表面。 (2)添加不同質量比(0．1％、0．3％、0．5％)的雜化材料 制備得到的環氧樹脂基復合材料，分析得到當添加0．3％雜化材料時，*大應力值和斷裂伸長率都要比添加其他兩種比例的 雜化材料高，說明材料的強度和韌性*佳。表明雜化材料的
含量為0．3％時，對環氧樹脂基復合材料的增強增韌效果*佳。 (3)添加不同種類填料的復合材料的拉伸性能要優于純樹脂，且二氧化硅粒徑為0．13肚m的石墨烯／sio。雜化材料
的*大應力值和斷裂伸長率都高于添加其他兩種填料的復 合材料。說明雜化材料的增強增韌作用要優于加入純石墨 烯和純二氧化硅的復合材料。其原因可能是：雜化材料特殊 的三維立體結構能有效傳遞和承擔拉伸過程中的載荷，從而
阻止應力集中的現象。 (4)斷截面掃描結果顯示，添加0．3％雜化材料的復合材 料斷面相對于其他兩種比例更加細碎。添加雜化材料的復 合材料斷面相對于其他兩種填料截面更加粗糙，鱗片狀斷裂
溝槽更加明顯。
