类石墨烯/氯化聚乙烯-聚氯乙烯复合材料的制备与性能

采用微波辐照法制备了膨胀石墨(EG),利用EG、氯化聚乙烯(CPE)和聚氯乙烯(PVC)的固相剪切碾磨(S³M)制备了EG-CPE-PVC复合粉体,复合粉体进一步与PVC、热稳定剂和增塑剂混匀,经塑化和模压成型得到类石墨烯/CPE-PVC复合材料。用粒度分析、XRD、AFM、SEM和TEM等手段表征了复合粉体及其复合材料的结构与性能。结果表明: S³M实现了体系的粉碎、分散,EG片层的剥离及与CPE-PVC的纳米复合。CPE的加入实现了EG的进一步剥层,使EG片层的厚度达到1~3层,达到了EG的石墨烯化目标。当EG质量分数为3%时,类石墨烯/CPE-PVC复合材料的电导率呈指数上升,与PVC相比提高了8个数量级;当EG质量分数超过4%时,电导率再次激增,出现逾渗现象;在EG质量分数为5%时,电导率达到0.01 S/m,复合材料表现出良好的抗静电性能。     

石墨在固相剪切碾磨力场下的片层剥离及与PVC的纳米复合

采用固相剪切复合技术成功制备石墨-聚氯乙烯(PVC)复合粉体,实现了石墨的片层剥离和在PVC基体中的纳米分散及对PVC的抗静电改性.通过XRD、SEM、TEM等表征了石墨-PVC/PVC复合材料的结构,研究了其抗静电性能.结果表明,石墨的片层厚度约20 nm,径厚比超过10.固相剪切碾磨技术制备的石墨-PVC/PVC复合材料的导电性能有较大提高.在石墨质量分数为2％时,表面电阻率为4.6×107 Ω·cm,已达到了抗静电材料的要求,实现了低填充.在石墨质量分数为10％时,表面电阻率达到最低的4.1×104 Ω·cm.     

聚氯乙烯/膨胀石墨导电复合材料的负温度系数效应

采用膨胀石墨(EG)对聚氯乙烯(PVC)进行改性研究,考察了EG含量和体系发泡与否对PVC/EG复合材料负温度系数(NTC)效应的影响。实验结果表明,PVC/EG复合材料的NTC效应随着EG含量的变化而变化,当EG含量低于渗流阈值(质量分数9%)时,复合材料的NTC效应灵敏度更高。在30~120℃的温度范围内,EG质量分数为4%时的未发泡和发泡PVC/EG复合材料的体积电阻率分别降低了3和4个数量级;相较未发泡的PVC/EG复合材料的NTC效应,发泡后的复合材料表现出更灵敏的NTC效应。PVC/EG复合材料在2个加热-冷却循环过程中表现出良好的NTC循环稳定性。并从材料内部结构观察分析了PVC/EG复合材料产生NTC效应的原因。     

石墨在固相剪切碾磨力场下的片层剥离及与PVC的纳米复合

采用固相剪切复合技术成功制备石墨-聚氯乙烯(PVC)复合粉体, 实现了石墨的片层剥离和在PVC基体中的纳米分散及对PVC的抗静电改性。通过XRD、 SEM、 TEM等表征了石墨-PVC/PVC复合材料的结构, 研究了其抗静电性能。结果表明, 石墨的片层厚度约20 nm, 径厚比超过10。固相剪切碾磨技术制备的石墨-PVC/PVC复合材料的导电性能有较大提高。在石墨质量分数为2%时, 表面电阻率为4.6×10⁷ Ω·cm, 已达到了抗静电材料的要求, 实现了低填充。在石墨质量分数为10%时, 表面电阻率达到最低的4.1×10⁴ Ω·cm。     

聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料的制备与表征

通过原位插层聚合制备了聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨纳米导电复合材料,其室温导电渗滤阈值约为3%(质量分数),当膨胀石墨的质量分数为8%时,室温电导率可高达60 S/cm。通过TEM、SEM观察了复合材料的形貌,用DSC测定其热力学性能并探讨了不同外加电压对PMM A/膨胀石墨纳米导电复合材料体积电导率的影响,同时研究了复合材料的拉伸强度。     

PBT用多层石墨烯/碳纳米管复合导电剂的制备

利用膨化石墨原位气相沉积制备多层石墨烯/碳纳米管复合粉体。以膨胀石墨为基体,以硝酸铁、碳酸铵等物质对其进行修饰,结合化学气相沉积工艺,原位制备出多层石墨烯/碳纳米管复合粉体材料;探讨不同的修饰液相对复合粉体比例,微观形貌及分散性的影响。利用扫描电镜对复合粉体进行表征。结果表明:多层石墨烯/碳纳米管复合粉体材料可批量制备;其中多层石墨烯为透明薄片,其厚度为10~30nm;通过控制工艺参数,可以实现多层石墨烯的质量比为15%~50%;复合粉体中碳纳米管的分散性明显优于一般化学气相沉积方法制备的碳纳米管;加入质量分数5%复合粉体的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的表面电阻显著降低。     

镀Ag玻璃微珠-膨胀石墨/聚氯乙烯导电复合材料的制备与表征

采用一种无Pd无SnCl₂化学镀Ag新工艺对空心玻璃微珠（HGB）表面进行化学镀Ag,然后通过熔融共混方法制备镀Ag玻璃微珠（Ag-GB）-膨胀石墨（EG）/聚氯乙烯（PVC）复合材料。借助SEM、EDS和XRD测试手段对Ag-GB镀层的表面形貌与结构进行了表征,研究了Ag-GB和EG作为复合填料对Ag-GB-EG/PVC复合材料导电和力学性能的影响。结果表明:预处理的HGB的表面更易于Ag层的沉积,镀覆的镀层更为均匀、致密;Ag-GB表面的Ag层质量分数为81.15%;固定Ag-GB的质量分数为15%,随着EG质量分数的增加,Ag-GB（15%）-EG/PVC复合材料的体积电阻率呈非线性降低趋势,当EG的质量分数达到逾渗阈值12%时,Ag-GB（15%）-EG/PVC复合材料的体积电阻率为2.18×103 Ω·cm,满足抗静电PVC材料的应用要求。添加质量分数为12%的EG,Ag-GB（15%）-EG/PVC复合材料的体积电阻率与单独填充质量分数为50%的Ag-GB时Ag-GB/PVC复合材料的体积电阻率相当,此时其拉伸强度达到最大值。      

高导电聚苯胺/纳米石墨微片复合材料的结构与性能

以天然可膨胀石墨(GN)为原材料,采用酸及快速热处理制备了膨胀石墨(EG),再将膨胀石墨置于超声波中制得了纳米石墨微片(NanoG),最后采用原位聚合法制备了聚苯胺/纳米石墨微片(PANI/NanoG)导电复合物。扫描电镜(SEM)显示纳米石墨微片长径为0.8μm～20μm,厚度为30nm～90nm。聚苯胺均匀覆盖在纳米石墨微片表面;透射电镜(TEM)揭示了纳米石墨微片的片层分散在复合物中并形成了导电网络;电性能测试表明,当纳米石墨微片含量为0.5%(质量分数,下同)时,复合物电导率达到107.3S/cm,其渗滤阈值达到0.1%,纳米石墨微片独特的结构(宽度/厚度的高比值)及在聚苯胺中的分散造就了复合物良好的导电性能。     

淀粉膨胀石墨相变复合材料的制备及性能研究

介绍了一种利用的乳化机理制备淀粉膨胀石墨相变复合材料的方法。以石蜡、膨胀石墨(expanded graphite, EG)和淀粉为原材料,制备淀粉膨胀石墨相变复合材料,并对其性能进行研究。研究表明,红外光谱显示石蜡、EG和淀粉之间是物理结合,没有新物质生成。复合相变材料的储热能力随着相变材料的减少而降低。当EG掺量8.4%(质量分数)时,相变热逐渐减少,当EG掺量8.4%(质量分数)时,相变热急剧减少。相变复合材料热导率随着EG掺量的增加而增大。当EG掺量8.4%(质量分数)时,热导率逐渐增加。当EG掺量8.4%(质量分数)时,热导率增幅较小。EG的掺量为8.4%和11.0%(质量分数)时,扫描电镜显示淀粉膨胀石墨相变复合材料由许多微小的胶囊颗粒组成。相变材料被稳定的封装在微胶囊中,以防止在相变过程中发生泄露。综合考虑其储热性、导热性和稳定性,研究得到EG在复合相变材料中的最佳掺量为8.4%(质量分数)。     

表面改性对可膨胀石墨填充PP/TPU复合材料的结晶行为、燃烧与力学性能的影响

研究了钛酸酯偶联剂对可膨胀石墨(EG)填充聚丙烯(PP)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料性能的影响。通过差示扫描量热(DSC)、热重分析(DTA)、锥形量热仪(CONE)和扫描电镜(SEM)表征方法对PP/PUT/EG复合体系的结晶行为、燃烧与力学性能进行了研究。结果表明,EG是一种有效的阻燃剂,能显著提高材料的阻燃性能。未改性的EG对PP/TPU基体有促进成核结晶作用;而偶联剂的添加削弱EG粒子对基体的这种作用。偶联剂的加入可以改善PP/PUT/EG复合材料的力学性能,当加入20phr的EG时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别由改性前的5.3MPa和17.6%提高到经改性后的5.6MPa和18.3%。     

PBT/石墨烯/碳纳米管复合材料的制备及其导电性能研究

以膨胀石墨为基体,用硝酸铁、碳酸铵等物质对其进行修饰,结合化学气相沉积工艺,原位制备出石墨烯/碳纳米管复合粉体材料;利用扫描电镜对复合粉体进行了表征。采用熔融混炼的方法制备PBT/石墨烯/碳纳米管复合材料并测试了其表面电阻。研究结果表明:该方法可以制备出性能优异的石墨烯/碳纳米管复合粉体材料,将该复合粉体加入到PBT中所制备的复合材料具有优良的电性能;当复合粉体加入量为5%时,PBT/石墨烯/碳纳米管复合材料的表面电阻可达到106Ω。     

热塑性聚氨酯/石墨烯纳米复合材料的制备及性能研究

采用热剥离法和甲苯二异氰酸酯(TDI)改性制备了功能化氧化石墨烯(iGO),并以iGO作为填料制备了热塑性聚氨酯/石墨烯(TPU/iGO)纳米复合材料。采用扫描电镜(SEM)对GO和iGO进行了微观形貌研究;采用XRD衍射仪、拉曼光谱仪和傅里叶红外光谱仪等对复合材料的结构进行了研究;采用精密介电频潜仪测定了复合材料的介电常数和介质损耗因数。结果表明,TDI对iGO材料的插层改性,增大了石墨烯的层间距;TPU-2.0%iGO纳米复合材料的拉曼光谱与纯iGO材料更加相似,而其红外光谱与纯TPU材料更加相似;iGO的掺入,有效提高了复合材料的抗拉强度,当iGO添加量为0.5%(体积分数)时,TPU/iGO纳米复合材料的抗拉强度达到最大,为54.6MPa,比纯TPU基体材料提高了20.5%;在频率为1 000 Hz时,TPU-2.0%iGO纳米复合材料薄膜的介电常数最高可以达到308.2,同时介电损耗却很低,在频率1 000 Hz时,其介电损耗在0.2以下。因此,TPU/iGO纳米复合材料可作为有效的EMI屏蔽和ESD材料。     

石墨/石蜡复合相变储热材料的热性能研究

膨胀石墨(EG)在超声作用下解离成微米级石墨片层(MSGF),并加入到石蜡基体中制备得到石墨/石蜡复合相变储热材料,并对复合相变材料的结构和热性能进行表征。实验结果表明,该石墨/石蜡复合相变储热材料储热速率加快,化学性质稳定。随MSGF质量分数的增加,固态及液态复合材料的导热系数均呈非线性显著增长,相变温度及相变潜热略有降低。     

石墨烯/ABS树脂复合体系的阻燃性能

采用HAAKE流变仪混炼法制备了石墨烯/ABS复合体系,以期提高ABS树脂的阻燃性能,作为对比样,同样方法制备了可膨胀石墨(EG)/ABS复合体系。用扫描电镜(SEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对石墨烯进行了表征,采用氧指数和热重分析(TGA)研究了石墨烯的加入量对ABS树脂阻燃性能的影响。研究结果表明,添加石墨烯后,复合体系的氧指数由纯ABS树脂的21%上升到24.8%,且比相同含量的EG提高得更多;石墨烯质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度、弹性模量由纯ABS的37.81MPa、1123MPa提高到40.84MPa、1368MPa。     

微波膨胀石墨薄片/聚氨酯纳米复合材料的制备及表征

通过改进的Hummers法制备了高氧化程度的氧化石墨(GO),再利用微波膨胀制备了石墨纳米薄片(wGO),并采用X射线能谱分析(EDS)、热重分析(TGA)、元素分析、红外分析对GO和wGO进行测试。结果表明,wGO中O含量较GO中明显减少,说明微波膨胀能还原GO,使其表面含氧基团减少;进一步采用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)对wGO的结构和形貌进行表征,表明微波法使GO层间距增大,剥离效果明显。利用溶液法原位聚合制备了wGO/聚氨酯弹性体(TPU)纳米复合材料,扫描电镜(SEM)观测显示,wGO在TPU基体中有良好的分散性;当wGO的质量分数为3%时,拉伸强度提高了116.1%;当其质量分数为2%时,导热性能和导电性能分别提高了72.4%和6个数量级。wGO/TPU纳米复合材料的微相分离程度更高,在室温下有更高的储存模量。     

原位膨胀法制备PMMA/EG复合材料及其导电和流变性能的研究

使用低温可膨胀石墨,通过"原位膨胀-机械剥离"的方法制备了PMMA/EG复合材料,研究了可膨胀石墨含量对其电导率的影响。电导率、SEM、动态流变等测试表明膨胀后的石墨片层在树脂基体中分散良好;从10~20 phr开始,石墨鳞片相互接触形成网络结构显著地提高电导率,最高达12个数量级。采用原位膨胀法可以制备逾渗阈值较小的导电复合材料,填充少量低温可膨胀石墨就可以大幅度提高PMMA电导率。     

功能氧化石墨烯纳米带/热塑性聚氨酯复合材料薄膜的制备及阻隔性能

以氧化解压多壁碳纳米管的方法制备了氧化石墨烯纳米带(GONRs),然后用异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)对GONRs化学修饰得到功能氧化石墨烯纳米带。采用溶液成形的方法在涂膜机上制备了功能氧化石墨烯纳米带(IPGONRs)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜,研究了IP-GONRs对TPU薄膜阻隔性能的影响。扫描电镜和X射线衍射的数据表明,IP-GONRs完全剥离地均匀分散在TPU基体中,并且基本沿着纳米复合材料薄膜表面平行分布。仅添加3.0%(质量分数,下同)的IP-GONRs时,TPU薄膜的氧气透过率便下降67%,因此获得了具有优异阻隔性能的IPGONRs/TPU纳米复合材料薄膜。这种具有优异阻隔性能的复合材料薄膜在食品包装和轻量气体存储容器方面有潜在的应用。     

石墨烯-氧化锌纳米棒复合材料的超声法制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料,用浓硝酸对其插层后膨胀制备出膨胀石墨,以滚压振动磨预处理的超细微锌粉为锌源,以蒸馏水和无水乙醇作为分散剂,经30kHz的超声波处理8h即得到复合结构良好的石墨烯-氧化锌纳米棒复合光催化剂(ZnO/G),考察了锌粉和膨胀石墨不同比例对复合材料光催化性能的影响。采用X射线衍射仪(XRD)、激光拉曼仪(Raman)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见光谱分析仪(UV-Vis)等测试手段对复合光催化剂进行表征,结果表明,复合材料中的氧化锌纳米棒呈现出六方晶系纤锌矿结构,并均匀覆盖在石墨烯表面上,其直径大约为20nm。不同比例制得的复合材料对甲基橙的降解效率差别较大,其中锌粉为1.0g时,复合材料的光催化性能明显优于等量的氧化锌纳米棒材料。     

氧化石墨烯纳米带与氧化石墨烯增强热塑性聚氨酯薄膜的制备及性能

利用纵向裂解多壁碳纳米管制备了氧化石墨烯纳米带,并采用溶液成型的方法制得氧化石墨烯纳米带-氧化石墨烯(GONRs-GO)/热塑性聚氨酯(TPU)复合材料薄膜。场发射扫描电镜和X射线衍射分析结果显示,GONRs与GO间相互剥离并均匀地分散在TPU基体中;氧气透过率(OTR)和力学性能测试表明,GONRs和GO具有协同增强TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能的作用。当GONRs和GO在TPU中添加量均为1.5%(质量分数)时,GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的阻隔和力学性能达到最佳。相比于纯TPU薄膜,该GONRs-GO/TPU复合材料薄膜的OTR降低了83.94%,拉伸断裂强度、屈服强度、扯断伸长率则分别提高了59.28%,59.54%和15.0%。     

制备工艺对石墨纳米片/环氧树脂复合材料电导率的影响

采用溶液混合、分步超声分散的一体化制备工艺,得到了石墨纳米片/环氧树脂导电复合材料,研究了不同理化参数的石墨原料及分散溶剂、不同石墨原料含量、咪唑含量、超声时间及方式对复合材料电导率的影响。结果表明,选取EG80/乙醇分散体系,当石墨含量为25%(质量分数,下同)、咪唑含量为45%时,采用前超声1 h+后超声0.5 h的分步分散工艺,可制备得到平均电导率为13.02 S·cm~(-1)的石墨纳米片/环氧树脂复合材料。