石墨烯/聚丙烯复合材料制备及性能研究

以石墨烯(GNPs)为填料对聚丙烯(PP)进行改性,通过球磨和熔融挤出共混的方法制备了一系列不同GNPs含量的GNPs/PP复合材料。用X射线衍射、扫描电子显微镜、电导率测试及拉伸测试等手段对复合材料的结构和性能进行表征分析,研究GNPs含量对复合材料性能的影响。结果表明:随着GNPs含量的增加,复合材料的电导率逐渐增大;当GNPs质量分数为15%时,复合材料的电导率达到0. 127 S/cm;复合材料的电阻逾渗阈值在GNPs质量分数为5%～8%之间。在力学性能方面,随着GNPs含量的增加,复合材料的拉伸强度呈现出先增加后降低的趋势;当GNPs质量分数为3%时,复合材料的拉伸强度达到最大,为35. 658 MPa,比纯PP提高了21. 04%;复合材料的弹性模量随着GNPs含量的增加而增加,在GNPs质量分数为15%时,复合材料的弹性模量比纯PP提高了89. 6%,达到2 068. 54 MPa。本文对制备高导电和高强度的导电聚合物或者导电纤维母粒可以提供一定的参考价值。     

纳米铜粉/PP复合材料的流变性能及动态力学性能研究

将纳米铜粉经硅烷偶联剂KH550处理后,按不同的配比与聚丙烯(PP)混合,经螺杆挤压制得纳米铜粉/PP复合材料,研究了纳米铜粉在PP复合材料中的分散性以及PP复合材料的流变性能和动态力学性能。结果表明:经改性后的纳米铜粉均匀分散在PP中;纳米铜粉/PP复合材料为非牛顿假塑性流体;在低剪切速率下,复合材料熔体的黏度高于纯PP的,随着纳米铜粉的含量增加,复合材料体系的表观黏度增大,高剪切速率时,纳米铜粉的添加量对复合材料的流动性能影响较小;当复合材料体系中纳米铜粉的质量分数小于或等于0.5%时,其熔体流动性能提高,储能模量小于纯PP的,当纳米铜粉质量分数大于0.5%时,其储能模量提高并高于纯PP的。     

拉伸力场对聚丙烯/石墨烯微片纳米复合材料形态和性能的影响

设计了2种挤出机头以产生不同加工力场,研究了聚丙烯（PP）/石墨烯微片（GNPs）纳米复合材料的微观形态、导电及导热性能,分析GNPs在PP基体中的分布形态对复合材料的性能影响。结果表明,收敛流道产生的拉伸力场对GNPs有剥离分散作用,减少GNPs团聚;加入静态混合器后产生的混沌混炼力场能进一步提高GNPs在PP中的分散均匀性,有利于构建导电导热网络,从而提高复合材料的导电导热性能;当GNPs含量为6 %(质量分数,下同)时,相比于无静态混合器的拉伸机头,在带静态混合器的拉伸机头挤出下,电导率增大了5个数量级,热导率提高了24.1 %。     

PP/多层石墨烯纳米复合材料性能研究

利用双螺杆挤出机制备了聚丙烯/多层石墨烯(GNPs)纳米复合材料并研究了其性能。结果表明,GNPs具有明显的异相成核作用,使PP的结晶过程可在较高温度下进行。GNPs对PP具有增强增韧作用,在GNPs质量分数为1.5%时,拉伸强度增加了15%,弹性模量增加了33%。GNPs能有效地提高聚丙烯的耐热性能,在GNPs质量分数为2%时,维卡软化点提高了10℃以上。     

RF/AP纳米复合材料的制备与表征

采用溶胶凝胶法经冷冻干燥制备了不同AP含量的RF/AP纳米复合材料.用FTIR、XRD、SEM 、BET比表面积分析仪及TG/DSC对RF/AP纳米复合材料进行了表征.结果表明,溶胶-凝胶制备过程对AP结构及晶型未造成破坏.当AP质量分数小于60％,随着AP含量的增加,RF/AP纳米复合材料的比表面积由11.23m2·g-1下降至0.29 m2·g-1.且RF/AP纳米复合材料的放热峰温逐渐延后,放热量逐渐增加;但与纯AP相比,复合材料放热峰温提前100℃.当AP质量分数为60％时,放热量达到2 854.9 J/g.     

硅烷偶联剂对PP/GNPs复合材料性能的影响

采用硅烷偶联剂KH550,KH560和KH570对石墨烯(GNPs)进行表面改性,通过预混、熔融共混、挤出制备了聚丙烯(PP)/改性GNPs复合材料,研究了3种硅烷偶联剂对PP/GNPs复合材料性能的影响.结果表明:与PP/GNPs相比,PP/改性GNPs复合材料的力学性能明显提升,KH560改性PP/GNPs复合材料...     

PP/Al(OH)_3/Mg(OH)_2/ZB复合材料阻燃性能的研究

测试了PP/Al(OH)3/Mg(OH)2/ZB、PP/Al(OH)3/Mg(OH)2/ZB/CaCO3和PP/Al(OH)3/Mg(OH)2/ZB/CaCO3/POE复合材料的阻燃性能。结果表明:随着阻燃剂用量的增加,氧指数升高,而燃烧速率和烟密度下降,且阻燃剂的加入对延缓燃烧速率的作用效果十分显著;相同配方下试件越厚燃烧速度越慢,且随阻燃剂用量的增加,试件越厚燃烧速率下降的幅度越慢;纳米CaCO3及POE的加入可以增大氧指数,降低烟密度,有利于阻燃,但同时也会使水平燃烧速率略微增大。     

加载条件对纳米石墨烯片水泥基复合材料压敏性能的影响

研究不同纳米石墨烯片(GNPs)掺量下加载幅值(15 MPa、20 MPa、25 MPa)和加载速率(100 N/s、300 N/s、500 N/s)对纳米石墨烯片水泥基复合材料(GNPs/CC)压敏性能的影响。试验结果表明:在GNPs掺量低于0.25%(质量分数,下同)时,GNPs/CC的压敏性能与空白组相近;在掺量达到0.3%时,GNPs/CC的电阻变化率最大,且重复性最好。在GNPs掺量为0.3%的情况下,GNPs/CC的电阻变化率与应变随加载幅值的增加而增大,在加载幅值不大于20 MPa时,GNPs/CC的电阻变化率与应变的增加幅度相近,材料的灵敏因子变化较小;在加载幅值达到25 MPa时,由于电阻变化率的增加幅度大于应变的增加幅度,材料的灵敏因子出现了较明显的增加。而加载速率在纳米石墨烯片掺量为0.3%时,对材料的压敏性能无明显影响。     

PA6/ODOPB/GNPs阻燃复合材料及纤维的制备与性能表征

将磷系阻燃剂10-(2,5-二羟基苯基)-10-氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(ODOPB)与纳米石墨片(GNPs)复配加入到聚酰胺6(PA 6)聚合体系中,通过原位聚合的方式制备了PA 6/ODOPB/GNPs复合材料,再经熔融纺丝得到PA 6/ODOPB/GNPs复合纤维,并对复合材料及纤维的阻燃性能进行了研究。结果表明:ODOPB的加入导致复合材料的相对黏度下降,GNPs的添加对复合材料的相对黏度无明显影响;ODOPB与GNPs的复配协同作用提升了复合材料及纤维的阻燃抗熔滴性能,表现为凝聚相阻燃作用,ODOPB对PA 6具有优异的阻燃效果,GNPs具有优异的抗熔滴和抑烟效果;当添加ODOPB质量分数为5%、GNPs质量分数为2%时,复合材料的极限氧指数(LOI)可达31.8%,垂直燃烧达到V-0等级,复合纤维的LOI达29.8%;加入ODOPB及GNPs均会导致复合纤维的力学性能下降,当ODOPB质量分数为5%、GNPs质量分数为2%时,所得复合纤维的断裂强度从纯PA 6纤维的3.3 cN/dtex下降至1.5 cN/dtex。     

PP/SEBS/MH复合材料的制备及其性能研究

采用极限氧指数（LOI）和热重分析（TGA）研究了聚丙烯（PP）/氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物（SEBS）/氢氧化镁（MH）复合材料的阻燃性能和热降解行为;探讨了SEBS和MH分别对PP/SEBS共混体系和PP/SEBS/MH复合材料力学性能和熔体流动速率的影响。结果表明：PP/SEBS/MH复合材料的力学性能和加工流动性能随着MH的质量分数增加而降低;复合材料高温下的热稳定性得到提高,MH分解吸热降低材料的热降解速率;MH以吸热方式在凝缩相和气相中发挥阻燃作用,复合材料阻燃性能得到提高,当MH的质量分数为60%时,LOI可达26.3%。     

聚苯乙烯/纳米氢氧化镁复合材料的结构和燃烧行为研究

将聚苯乙烯(PS)与表面经过改性的纳米氢氧化镁(nano-MH)进行熔融复合,制备了PS/nano-MH复合材料,采用扫描电镜对复合材料的微观结构进行了分析,用水平燃烧实验、氧指数实验、高温处理实验和锥形量热实验研究了复合材料的燃烧行为。结果表明:nano-MH颗粒表面经过硅烷偶联剂改性后,在PS基体中的团聚减少,分散更加均匀;nano-MH的加入使PS的阻燃性能得到明显改善,随着nano-MH用量的增加,复合材料的发烟和滴落减少,氧指数增大,水平燃烧级别提高,材料燃烧时的热释放速率和质量损失速率显著下降,在高温下更加稳定;nano-MH用量为60phr时复合材料燃烧时不再滴落,100phr时能够自熄,氧指数达到24.1%,水平燃烧级别可达到FH-1级;nano-MH分解产生的氧化镁增强了材料在高温下的热稳定性。     

混合填充复合材料热导率方程的推导

混合填充复合材料的导热特性好于单一填充。根据碳纳米管与纳米片状石墨在高分子基材中的分布形态, 将碳纳米管与纳米片状石墨的"桥状搭接"结构作为等效基材, 未搭接的"游离态"碳纳米管作为填料, 利用串并联热阻模型和Maxwell-Garnett等效介质法建立了混合填充复合材料的导热模型, 并通过数量级分析对热导率方程进行了简化。结果表明, 在混合填料质量分数不变的情况下, 等效热导率随纳米片状石墨的增多呈现先增加后减少的趋势, 表现出明显的协同效应;在质量分数配比不变的情况下, 等效热导率随混合填料的质量分数增大而增大。     

石墨烯导热高分子复合材料的制备、性能与机理

石墨烯是一种具有超大的比表面积、良好的热和化学稳定性、超高的热导率以及易于化学修饰的蜂窝状单层碳材料,已作为填料广泛应用于导热高分子复合材料领域。近年来石墨烯导热高分子材料的研究重点是改善石墨烯在聚合物基体中的界面相容性和分散性能。阐述了近年来石墨烯导热高分子复合材料的制备方法及其热性能,并重点对石墨烯导热高分子复合材料的导热机理进行综述,同时结合研究现状对石墨烯导热高分子复合材料的研究方向进行展望。     

Development of biowaste encapsulated polypropylene composites: Thermal,optical, dielectric,flame retardant,mechanical, and morphological properties

Polymer matrix composites have recently gained attraction due to their light weight, low cost, and easy availability, but they are also known for their higher burning rate and low thermal stability. Polypropylene (PP) is one of the most used thermoplastic polymers, its thermal stability and flammability have been modified in this study by incorporation of oyster shell powder (OSP) into PP as a filler. Besides flammability and thermal properties, OSP incorporation has some effects on dielectric and mechanical properties of PP. Effect of concentration of OSP (0–50 wt%) on the properties of OSP/PP composites was studied. The burning rate was observed to decrease while thermal stability was increased as a result of OSP addition into PP. Similarly, relative permittivity (dielectric constant) of OSP/PP composites was found higher than that of pure PP. Flame retardancy, thermal stability, and dielectric properties are functions of OSP concentration. Optical tests including fluorescence spectroscopy and FT‐IR were conducted to study any possible interactions between OSP and PP. A slight decrease in the tensile strength was observed. FESEM images revealed that the decrease in tensile strength is a result of interfacial flaws between filler particles and matrix. Tensile modulus was found to increase which is an evidence of stiffness, this is also correlated to the improvement in thermal stability. POLYM. COMPOS., 38:236–243, 2017. © 2015 Society of Plastics Engineers     

纳米ZnO立方体催化AP热分解及其在HTPE推进剂中的应用

为改善高氯酸铵(AP)的性能,从而改善复合固体推进剂的燃烧性能,采用AP辅助的金属有机骨架结构(MOF)热分解法合成纳米ZnO立方体催化剂(n-ZnO/cube);采用XRD、FESEM、TEM等对其形貌进行了表征,分析了其比表面积和孔径分布;采用TG-DTA分析了其对AP热分解的影响;将其加入到HTPE推进剂中,测试了其对推进剂工艺性能、安全性能、力学性能及燃烧性能的影响。结果表明,n-ZnO/cube催化剂具有大的比表面积(70.5m2/g)和大量的孔道结构,将AP热分解的高温分解峰从413℃降至279℃,放热量从584J/g增至1520J/g,分解活化能从151.1kJ/mol降至65.3kJ/mol;将质量分数2%的n-ZnO/cube加入到HTPE推进剂中,推进剂的燃速(20℃,6.86MPa)从12.01mm/s提高到16.16mm/s,工艺性能、安全性能、力学性能、燃速压强指数(0.42,20℃,3~16MPa)、燃速温度敏感系数(2.02×10^-3℃^-1,-55~70℃,6.86MPa)均未受到明显影响,表明纳米ZnO立方体结构对AP热分解表现出良好的催化性能,是HTPE推进剂的一种具有潜力的燃烧调节剂。     

Oxygen index and minimum limiting rates of polymer combustion

The influence of the initial temperature and thermal loss upon the oxygen index and burning rates of polymethylmethacrylate (PMMA), polystyrene (PS) and polyoxymethylene (POM) has been studied. It has been shown that the temperature profiles in the proximity of the burning surface are identical under the critical conditions for each of the polymers. Direct measurements of flame–polymer heat flows have shown that with an increase in initial temperature from 25° up to 200°C the heat flow decreases approximately by a factor of 2. An analogous situation is also observed with change in the thermal loss value in the condensed phase. These data are confirmed by linear pyrolysis experiments. In all experiments under critical conditions the oxygen concentration indicates the constant mass decomposition rate for each polymer. With a decrease in the outlet velocity of the combustibles below this value, which is specific to each polymer, extinction occurs.     

PP/KPEG/MWNTs导热复合材料制备及性能

将可膨胀石墨(KPEG)和多壁碳纳米管(MWNTs)混合填料填充至聚丙烯(PP)制备PP/KPEG/MWNTs导热复合材料。保持混合填料总质量分数30%不变,改变两者质量比进行试验。结果表明,随着MWNTs填充比例增加,导热复合材料的拉伸强度呈先增大后减小趋势,而缺口冲击强度总体呈下降趋势。与纯PP相比,当MWNTs与KPEG质量比为1∶5(MWNTs质量分数为5%)时,导热复合材料的热导率提高了328.4%;MWNTs可提高复合材料热稳定性,但改变其与KPEG质量比在试验范围内对热稳定性影响较弱。     

Wire electrical discharge machinable SiC with GNPs and GO as the electrically conducting filler

SiC based composites filled with graphene nano-platelets (GNPs) or graphene oxide (GO) prepared by rapid hot-pressing exhibit sufficient electrical conductivity for their machinability by wire electro-discharge machining (WEDM). Composites microstructure anisotropy caused by graphene alignment as a consequence of rapid hot pressing was confirmed by measuring of electrical conductivity and thermal diffusivity. Electrical conductivity increased significantly with increased weight fraction of graphene in both measured directions. Highest value of 2031 S/m was obtained for composites with 15 wt. % of GNPs in parallel direction and only 1246 S/m in perpendicular direction to aligned GNPs. Thermal diffusivity is 63.3 mm²/s in parallel and only 23.3 mm²/s in perpendicular direction. The increase of the electrical conductivity has resulted in successful WEDM. The MRR was almost doubled when the filler concentration increased from 5 wt. % GNPs/GO to 15 wt. % GNPs. At the same time, the surface roughness decreased.     

纳米粒子对熔盐复合蓄热材料热物性的影响

为了得到SiO₂纳米粒子含量对SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合蓄热材料比热容和热导率的影响，通过机械分散法，采用NaNO₃-KNO₃和不同质量分数（0.1%，0.5%，1%，2%，3%）的SiO₂纳米粒子所形成的熔盐纳米材料作为蓄热材料，膨胀石墨（EG）作为基体材料，制备出纳米SiO₂/NaNO₃-KNO₃/EG复合材料。对复合材料的比热容和热导率进行了测量，同时用扫描电镜对其微观结构特征进行了分析。结果表明，SiO₂纳米粒子的质量分数为1%时，复合材料的平均比热容和热导率分别为3.92 J/(g·K)和8.47 W/(m·K)，与其他纳米SiO₂添加比例相比，其比热容和热导率分别提高了1.37～2.17倍和1.7～3.2倍。这是由于复合材料表面会形成高密度的网状结构，这种具有较大比表面积和高表面能的特殊纳米结构可以提高复合材料的比热容和热导率。