功能化石墨烯-碳纳米管协同强韧化HDPE纳米复合材料的制备和性能

使用L-天门冬氨酸连接氧化石墨烯和酸化多壁碳纳米管(WMCNT-COOH)合成杂化材料LGC,然后用纳米填料LGC填充马来酸酐接枝高密度聚乙烯(HDPE-g-MAH),用熔融共混法制备了LGC/HDPE-g-MAH纳米复合材料。对LGC杂化填料和LGC/HDPE-g-MAH纳米复合材料进行了红外分析(FTIR)、拉曼光谱分析(Raman)、X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜分析(SEM)、示差扫描量热仪分析(DSC)、热失重分析(TGA)、动态热机械分析(DMA)和力学性能测试,研究了LGC含量对LGC/HDPE-g-MAH纳米复合材料性能的影响。结果表明:L-天门冬氨连接了GO和WMCNT-COOH,三者通过酰胺键连接在一起形成LGC杂化材料。LGC杂化材料内部官能团(氨基或羧基等)与聚合物基体中的羧基发生相互作用,改善了基体与填料之间的界面。根据DMA分析,损耗因子的变化证实了LGC与基体分子链之间强烈的相互作用。热学分析结果表明:纳米复合材料的结晶温度、熔融温度和热稳定性能都提高了。力学分析表明:随着LGC含量的增加,复合材料的拉伸强度和冲击强度呈现出先增大后降低的趋势;当LGC含量为0.5%和0.75%(质量分数)时,复合材料的冲击强度和拉伸强度分别比HDPE-g-MAH提高了95.9%和62.4%。     

功能化石墨烯/埃洛石纳米管对聚丙烯的协同强韧化改性研究

以功能化氧化石墨烯(GO)-埃洛石纳米管(HNTs)杂化材料(GO@HNTs)为纳米填料,以聚丙烯(PP)为基体,通过熔融共混法制备了不同GO@HNTs 含量的GO@HNTs/PP纳米复合材材料,并对所得杂化填料和PP纳米复合材料的结构与性能进行系统研究。研究结果表明,功能化GO与HNTs之间存在化学相互作用,二者之间形成的“屏障效应”抑制了彼此在PP基体中的团聚。仅添加0.5%GO@HNTs杂化纳米填料后,PP复合材料的拉伸强度和冲击强度分别较纯PP提高了17.5%和80.4%,与单独添加相同含量的GO或HNTs所得复合材料的力学性能相比,GO@HNTs杂化纳米填料对PP基体具有明显的协同增强增韧改性作用。与纯PP相比,GO@HNTs/PP试样表现出更高的储能模量、损耗模量和玻璃化转变峰值。由于GO@HNTs的“异相成核效应”和“物理热阻效应”,有效提高了PP纳米复合材料的结晶温度、熔融温度、结晶度和耐热分解温度。     

功能化石墨烯-SiO2协同增强增韧聚丙烯复合材料的制备与性能

先采用溶胶-凝胶法制备了氧化石墨烯（GO）-SiO₂杂化材料,再与聚丙烯（PP）进行熔融共混制备了GO-SiO₂/PP复合材料。分别采用FTIR、XRD、XPS、DSC、SEM、动态热机械分析（DMA）、拉伸及冲击等测试手段对填料及GO-SiO₂/PP复合材料的结构与性能进行了表征。FTIR和XPS分析表明,GO已经成功获得功能化。力学性能测试结果证实,GO-SiO₂对PP基体具有良好的强韧化协同改性作用,且优于SiO₂/PP及GO/PP复合材料体系。固定GO-SiO₂中GO与SiO₂的质量比为1∶1,当填料GO-SiO₂的质量分数为0.1wt%时,GO-SiO₂/PP复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为38.9 MPa和7.6 kJ/m²,与纯PP基体相比分别提高了29.4%和66.3%。DSC测试表明,GO-SiO₂/PP复合材料中PP的熔融温度和结晶温度分别为167.4℃和111.7℃,与纯PP相比分别提高了4.7℃和5.2℃。DMA测试表明,GO-SiO₂的加入使GO-SiO₂/PP复合材料的储能模量增大,损耗模量峰向更高温度移动。SEM观察表明,当加入少量的GO-SiO₂时,填料能均匀的分散在基体中,但GO-SiO₂过多时,则容易形成团聚。     

异氰酸酯功能化氧化石墨烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料的制备与性能

采用甲苯-2,4-二异氰酸酯（TDI）对氧化石墨烯（GO）进行表面接枝改性,制得TDI功能化GO（TDI-GO）,再将其分散于4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中,经原位聚合法制备TDI-GO/热塑性聚氨酯弹性体（TPU）复合材料。利用FTIR、XPS、DSC、TG、SEM、维卡软化温度和拉力试验机等测试手段,表征和分析了TDI-GO的表面结构及TDI-GO含量对TDI-GO/TPU复合材料结构与性能的影响。结果表明,TDI成功接枝改性GO,TDI-GO的加入使TPU体系的微相分离程度减弱,其异相成核作用提高了TPU硬段相的结晶性能;相比纯TPU基体,TDI-GO/TPU复合材料耐热性能提高,当TDI-GO添加量为0.5wt%时,复合材料5%热失重温度提高了约9℃,维卡软化温度提高了约18℃;TDI-GO/TPU复合材料力学性能明显提高,与纯TPU相比,TDI-GO含量为0.5wt%的TDI-GO/TPU复合材料拉伸强度提高了近10 MPa,断裂伸长率提高了约32%。     

功能化纳米氧化石墨烯/POE-g-MAH/聚苯乙烯复合材料的制备与性能

利用硅烷偶联剂(APTES)对氧化石墨烯(GO)进行功能化改性, 在不同的试验条件下制备了3种硅烷偶联剂功能化GO(APTES-g-GO)纳米填料, 并经熔融共混制备了APTES-g-GO填充改性的聚苯乙烯(PS)复合材料。为了改善复合材料的界面作用, 采用马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)为增容剂。分别采用FTIR、XRD、TG、SEM以及拉伸和冲击测试对填料和纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的结构和性能进行了表征和测试。结果表明:APTES已成功接枝于GO的表面上。接枝过程中, APTES对GO有一定的剥离和还原作用。随着填料含量的增加, 纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料拉伸强度和冲击强度均先上升后下降。当填料与基体质量比为0.75%时, 3种复合材料的拉伸强度和冲击强度都达到最大值, 其中纳米AS-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的综合性能最好, 其拉伸强度和冲击强度比POE-g-MAH/PS分别提高了19%和 31%。共混过程中, APTES-g-GO与POE-g-MAH之间的反应改善了纳米APTES-g-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的界面相互作用。APTES-g-GO均匀分散于复合材料中, 它的加入提高了复合材料的热稳定性能。添加AS-GO填料的复合材料热稳定性能提高最为明显, 含0.75% AS-GO的纳米AS-GO/POE-g-MAH/PS复合材料的最大失重温度比POE-g-MAH/PS提高了7 ℃。      

功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的制备及性能研究

采用1-萘磺酸钠非共价修饰石墨烯,得到功能化石墨烯。接着,通过溶液共混法制备出功能化石墨烯/聚乙烯醇复合材料。利用XRD、SEM、TGA、DSC和拉伸测试对复合材料的结构、形貌、热学与力学性能进行分析。结果表明:当功能化石墨烯的添加量为0.5%(wt,质量分数)时,功能化石墨烯与聚乙烯醇之间有良好的相容性,复合材料的拉伸强度和玻璃化转变温度分别提高了25.9%和7.0℃。     

导热聚氨酯弹性体/石墨烯纳米片复合材料的制备及性能

采用液相共混与两次模压方法制备了热塑性聚氨酯弹性体(TPU)/石墨烯纳米片(GN)薄膜,探究了不同GN含量对TPU/GN薄膜力学性能、导热性能和热稳定性的影响。结果表明,当添加质量分数为2.0%GN时,TPU/GN薄膜的拉伸强度和弹性模量分别为60.8 MPa和10.4 MPa,相比纯TPU薄膜分别增长34%和96%; TPU/GN薄膜呈现典型的导热各向异性特征,质量分数为5.0%GN时,薄膜面内方向的导热系数为1.94 W/(m·K),而其垂直方向的导热系数为0.21 W/(m·K);GN的加入提高了TPU的热稳定性。     

功能化聚丙烯对纳米SiO2/聚丙烯复合材料性能的影响

以环氧功能化聚丙烯(PP-g-GMA)作为纳米SiO2/PP复合材料的增容剂,研究了PP-g-GMA对复合材料力学、结晶和流变性能的影响.研究结果表明,PP-g-GMA的加入使PP复合材料的拉伸强度、冲击强度提高;使PP的结晶峰温明显提高,使复合材料的储能模量和复合黏度均明显高于纯PP.     

功能化纳米石墨烯片/PP-PP-g-MAH复合材料的制备与表征

采用溶液共混法制备了乙二胺功能化石墨烯片/聚丙烯-马来酸酐接枝聚丙烯(GS-EDA/PP-PP-gMAH)复合材料。利用FTIR、XRD、DSC、SEM和拉伸等表征手段对氧化石墨(GO)、GS-EDA及复合材料的结构和性能进行表征。研究结果表明:乙二胺(EDA)成功接枝到石墨烯片(GS)的表面上;在共混过程中,GS-EDA与PP-g-MAH之间产生了强烈的氢键作用,使GS-EDA均匀分散于基体中。DSC测试表明:GS-EDA的加入使GS-EDA/PP-PP-g-MAH复合材料的结晶峰向高温方向移动。随着GS-EDA加入量的增大,GS-EDA/PP-PP-gMAH复合材料的拉伸强度呈先升后降的趋势。当加入质量分数为0.5%的GS-EDA时,复合材料的拉伸强度达到最大,较纯PP-PP-g-MAH的增加了24.7%,较PP的增加了17.5%。SEM观察表明:加入少量的GS-EDA时,GS-EDA能均匀分散于基体中,但加入过多的GS-EDA将引起团聚。     

层叠状功能化石墨烯纳米带/TPU复合材料薄膜的制备与性能

利用溶液涂覆成膜工艺在涂膜机上制得层叠状功能化石墨烯纳米带（SF-GNRs）/热塑性聚氨酯（TPU）复合材料薄膜。采用FTIR、XRD、XPS、TEM和FE-SEM对SF-GNRs的结构进行表征,并结合复合材料薄膜的氧气透过率、体积电阻率测试及表面形貌观察,研究了不同质量分数的SF-GNRs对TPU复合材料薄膜阻隔和抗静电性能的影响。结果表明:所得高比表面积SF-GNRs在TPU基体中分散良好;当SF-GNRs质量分数为1.0%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜的氧气透过率相比纯TPU薄膜降低了67.76%,阻隔性能得到明显改善;当SF-GNRs质量分数达到1.0%～1.5%时,SF-GNRs/TPU复合材料薄膜出现了电渗流行为,表现出优良的室温导电性能。      

纳米SiO_2功能化改性石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料的制备与性能

采用Hummers法制备了氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),再与经硅烷偶联剂(APTES)偶联改性纳米SiO_2所得的产物(nano SiO_2—NH_2)混合,制备了石墨烯片(Graphene Sheets,GS)接枝纳米SiO_2杂化材料(nano SiO_2-g-GS)。以nano SiO_2-g-GS为填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,通过熔融共混法制备共混型nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料,并对填料和复合材料进行测试和表征。拉伸测试显示nano SiO_2-g-GS的加入对基体TPU有一定的补强作用,使复合材料定伸应力(300%、500%和1 000%)增大。DSC测试显示,与纯TPU相比,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的结晶温度有大幅升高,填料含量为1wt%时,TPU的结晶温度升高了44℃。形状记忆测试结果显示,随nano SiO_2-g-GS含量增加,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料的形状回复率(Rr)逐渐降低,但形状固定率(Rf)逐渐升高。当nano SiO_2-g-GS质量分数为1wt%时,nano SiO_2-g-GS/TPU复合材料性能最佳。     

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究

以壳聚糖为基体、氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料。为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理。通过TEM、SEM、XRD、TGA和力学实验对氧化石墨烯的分散性,复合材料的结晶性能、热性能和力学性能进行了分析。研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆叠的方式存在。复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变。复合材料的杨氏模量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低。复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高。     

纳米功能化石墨烯/室温硫化硅橡胶复合材料的制备与表征

用KH-550对氧化石墨进行改性, 再对其进行还原, 获得功能化石墨烯(FG), 未经干燥的FG经超声处理后可以稳定分散在质量比9∶1的丙酮/水混合液中; 在高速搅拌和超声分散条件下, 将FG分散液分散到室温硫化(RTV)硅橡胶中, 固化后得到纳米FG(nano-FG)/RTV硅橡胶复合材料。采用FTIR、TEM、SEM、XRD和DSC分析了FG及复合材料的结构和形貌。结果表明: KH-550连接到石墨烯片层表面上, 使其片层起皱、折叠, 部分发生了剥离, 层间距增大到3.46 ; FG经过超声处理后剥离成透明至半透明的片层; nano-FG/RTV硅橡胶复合材料的断面结构为褶皱结构, 不同于纯硅橡胶, 也未出现微观相分离; 与硅橡胶相比, 复合材料的T_g、T_m和结晶度均有所提高。复合材料的力学性能测试结果表明, nano-FG对RTV硅橡胶具有明显的补强效果, 当nano-FG质量分数为0.5 %时, nano-FG/RTV硅橡胶复合材料的拉伸强度比纯RTV硅橡胶提高了一倍多, 达到了0.43 MPa; 断裂伸长率也提高了52%, 达到了265%。      

高阻隔胺基化氧化石墨烯/等规聚丙烯纳米复合材料

通过溶液法制备了均匀分散的十二烷基胺功能化氧化石墨烯(DA-GO)/等规聚丙烯(iPP)纳米复合材料。热重分析及X射线衍射研究表明,DA分子链通过与环氧基团进行亲核取代而成功接枝在GO表面。复合材料断口扫描电镜和透射电镜照片显示DA-GO能以剥离的方式均匀分散于iPP基体中。差示扫描量热分析结果表明,DA-GO对iPP有明显的结晶诱导作用。均匀分散于iPP基体中的DA-GO片层能有效提高复合膜的气体阻隔性能,当DA-GO质量分数为0.5%时,纳米复合薄膜的透氧系数从纯iPP的7.42×10-14 cm3cm/(cm2·s·Pa)降低到2.68×10-14 cm3cm/(cm2·s·Pa),阻氧性能提高了177%。     

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。     

石墨烯微片/聚丙烯导热复合材料的制备与性能

通过熔融共混法制备了两种不同型号石墨烯微片（GNPs）填加的GNPs/聚丙烯（PP）导热复合材料,研究了GNPs型号（KNG180,KNG150）和含量对其导热性能、密度、结晶性能和热稳定性能的影响。结果表明,KNG180 GNPs/PP复合材料密度高于KNG150 GNPs/PP,同时KNG180对提高聚丙烯结晶度的效果优于KNG150。随着石墨烯微片含量的增加,两种复合材料导热系数均明显增大,而且KNG180填充的复合材料导热性能明显优于KNG150;当KNG180的添加量为60%（质量分数）时,GNPs/PP复合材料的导热系数从纯聚丙烯的0.087 W/（m·K）提高到1.32 W/（m·K）,提高了14倍多。石墨烯微片的加入显著提高了聚丙烯的热稳定性,当KNG180或KNG150的质量分数为10%时,聚丙烯达到最大热失重速率时的温度从345.1 ℃分别提高到374.6 ℃和397.9 ℃,但是当石墨烯微片超过一定含量时,热稳定性会下降。     

功能化氧化石墨烯纳米带/EVA复合材料薄膜的制备及表征

采用纵向氧化切割多壁碳纳米管法制得氧化石墨烯纳米带(GONRs),通过硅烷偶联剂KH-570与GONRs反应得到功能化氧化石墨烯纳米带,随后利用溶液成型的方法在涂膜机上制得功能化氧化石墨烯纳米带(K-GONRs)/乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)复合材料薄膜.用FTIR,XRD,XPS,TEM,FE-SEM,氧气透过仪和电子万能试验机研究了复合材料的结构与性能.研究表明,本实验成功制得薄条状K-GONRs,其层间距约为0.970nm,相比GONRs增加了0.095nm; K-GONRs形状均一、规整并均匀分散于EVA基体中;当K-GONRs质量分数为1％时,K-GONRs/EVA复合材料薄膜的氧气透过率和拉伸强度相比纯EVA薄膜分别降低了54.5％和提高了89.3％,阻隔性能和力学性能得到明显改善.     

功能化氧化石墨烯/聚氨酯-环氧树脂复合材料的制备及其性能

利用氧化石墨烯(GO)表面的羟基分别与硅烷偶联剂KH550、KH560反应,制备功能化氧化石墨烯(KH550-GO、KH560-GO),分析了GO功能化前后的微观结构变化;通过溶液插层法将GO加入到聚氨酯-环氧树脂(PU-EP)基体树脂中制备GO/PU-EP复合材料,并对其拉伸性能及热性能进行测试。研究结果表明,KH550、KH560成功对GO进行了功能化,并且与PU-EP复合材料相比,GO/PU-EP复合材料的拉伸性能和热性能均有明显的提高。其中,KH550-GO的加入对基体树脂力学性能和热性能的改善尤为明显。添加0.1wt%的KH550-GO,基体树脂拉伸强度和拉伸模量分别提高了39.0%和94.4%,同时初始热分解温度提高了12℃。