原位聚合法制备石墨烯/聚酰亚胺复合材料及其性能

以石墨烯(GNS)为改性填料,采用原位聚合法制备了GNS/聚酰亚胺(GNS/PI)复合材料,对有关产物的形貌和结构进行了表征。研究了GNS添加量对复合材料力学、电学和热学性能的影响。结果表明:GNS为较薄的片层状,表面较光滑,褶皱较少,有含氧基团残留;当GNS质量分数为1.5%时,复合材料力学性能达到最佳,其拉伸强度达126.7MPa,断裂伸长率达3.4%,邵氏硬度达89.7,摩擦系数和磨损率分别比纯PI降低了50.0%和70.6%;当GNS质量分数为1.0%时,复合材料电导率比纯PI提高了6个数量级;当GNS质量分数为2.0%时,复合材料热起始分解温度达559.2℃,比纯PI提高11.4℃。     

氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜的制备及阻水性能

以石墨粉为原料,采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）,采用原位聚合法制备GO/聚酰亚胺酸（PAA）前驱体,GO/PAA前驱体经高温固化处理后得到GO/聚酰亚胺（PI）复合薄膜;采用XRD、Raman、FTIR、AFM等表征手段对GO的结构进行表征;此外,研究了不同固化温度下PI薄膜的结构;最后测试了GO/PI复合薄膜的透湿率和力学性能。结果表明:GO为单层结构,厚度为1.26 nm。GO/PI复合薄膜表现出良好的阻水性能,当GO/PI复合薄膜中GO的添加量为0.025wt%、薄膜厚度为50 μm时,GO/PI复合薄膜的透湿率低至56.7 g（m2·d）-1。此外,0.025wt% GO/PI复合薄膜拉伸强度和断裂伸长率分别为150.8 MPa和13.5%,与PI薄膜（分别为126.9 MPa和8.1%）相比,分别增加了18.8%和66.7%。      

石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能

采用氧化石墨烯还原法制备了石墨烯,通过溶液共混法制备了石墨烯增强聚酰亚胺复合材料;研究了石墨烯/聚酰亚胺复合材料的力学和摩擦学性能及摩擦学作用机制。结果表明,随着石墨烯含量增加,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和硬度均呈先上升后下降的趋势,而冲击强度呈先升高而后降低,再升高的趋势。当添加1.0%(质量分数)的石墨烯时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率达到最大值,分别比纯聚酰亚胺提高了149%和652%。石墨烯的加入显著降低了聚酰亚胺复合材料的摩擦系数和磨损率;随石墨烯含量增加,复合材料的磨损率先下降后上升,而摩擦系数先显著降低,尔后平缓减小。随载荷增加,复合材料的磨损率呈平缓下降的趋势;而随滑动速率增加,磨损率呈上升趋势。石墨烯增强的聚酰亚胺复合材料的磨损机理为粘着磨损。     

高温热还原氧化石墨烯/聚酰亚胺复合涂层的制备及防腐蚀性能研究

将高温热还原氧化石墨烯(TRGO)作为二维纳米填料添加到聚酰亚胺(PI)聚合物基质中, 制备了不同质量分数的TRGO/PI纳米复合耐蚀涂层, 采用交流阻抗谱和动电位极化曲线评估了涂层在模拟海水(3.5wt%NaCl溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明: 与纯PI涂层相比, 添加TRGO可以显著提高涂层的电阻和腐蚀防护效率; 当TRGO的添加量为0.3wt%时, 对涂层耐蚀性能的增强效果最好, 最大涂层电阻为1.3176×10⁶ Ω, 最高腐蚀防护效率可达到99.65%, 其防蚀增益与片层结构TRGO的物理阻隔性能有关。     

石墨烯/聚酰亚胺复合石墨纤维的结构与性能

采用干湿法纺丝工艺制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维,然后将复合纤维进行炭化和石墨化处理得到石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维及石墨纤维。对复合碳纤维进行热重分析、Raman、力学性能、传导性能、形貌等测试分析。结果表明,氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)的复合纤维的耐热性能最佳;氧化石墨烯的加入,使石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的力学性能和传导性能明显提高,石墨化程度增加。当复合碳纤维2800℃石墨化后,氧化石墨烯含量增加到2.0%时,复合石墨纤维的热导率达到435.57 W·m-1·K-1,结构更加致密。     

原位氨基化氧化石墨烯/聚酰亚胺复合材料的制备及性能

以1,4-双（4-氨基-2-三氟甲基苯氧基）苯（6FAPB）和3,3',4,4'-二苯醚四酸二酐（ODPA）为合成聚酰亚胺（PI）的单体,首先采用原位氨基化方法使氧化石墨烯（GO）与6FAPB反应转变为原位氨基化GO,再与ODPA和剩余的6FAPB发生聚合反应得到原位氨基化GO/聚酰胺酸（PAA）溶液。涂膜后,经热酰亚胺化制备出GO质量分数分别为0.05wt%、0.1wt%、0.3wt%、0.5wt%和1.0wt%的原位氨基化GO/PI复合材料膜。利用FTIR、XPS、XRD、UV-vis、TGA、TMA、SEM、拉伸性能测试及接触角测试对原位氨基化GO/PI复合材料的结构和性能进行表征。结果表明,原位氨基化使GO以化学键与PI大分子链连接,有利于GO在复合材料基体中的稳定和均匀分散。XRD结果表明,所得到的原位氨基化GO/PI复合材料膜均为无定型结构。随GO质量分数增加,原位氨基化GO/PI复合材料薄膜的光学透明性急剧降低,但力学性能和热稳定性有一定提高。当GO的质量分数为1.0wt%时,原位氨基化GO/PI复合材料的拉伸强度由64 MPa增加到83 MPa,杨氏模量由1.67 GPa提高到2.10 GPa,10%热失重温度由593℃增加到597℃,玻璃化转变温度变化不大。由于热酰亚胺化后GO表面的大部分含氧官能团消失,原位氨基化GO/PI复合材料膜的吸水率由0.86%降低至0.58%,水接触角由72.5°增加到77.8°。     

石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备研究进展

碳纳米管和石墨烯分别是优良的一维和二维碳材料,它们体现出了一维和二维的各向异性,如导电性、机械性、导热性、透光性等。选择合适的方法制备出石墨烯/碳纳米管复合薄膜,它们之间可以产生一种协同效应,使其各种物理化学性能得到增强,因而这种复合薄膜在很多领域有着广阔的应用前景。综述了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的制备新进展,详细阐述了石墨烯/碳纳米管复合薄膜的各种制备方法,并比较不同制备方法得到的复合薄膜的应用特点。     

聚酰亚胺/ 银复合膜的制备及其亚微相态与性能研究

以3 , 3’- 4 , 4’- 二苯甲酮四甲酸二酐(BTDA) 、4 , 4’- 二胺基二苯醚(ODA) 和三氟乙酰丙酮银(AgTFA) 为主要原料, 采用原位一步自金属化法制备了银含量为9 %～15 %的聚酰亚胺( PI) / 银(Ag) 复合膜, 探讨了影响薄膜性能的各种因素, 得到了同时具有高导电(表面电阻～1Ω) 、高反射率(绝对反射率为65.3 %) 的PI/ Ag 薄膜。并通过透射电镜( TEM) 研究了薄膜热处理过程与亚微相态之间的关系, 定量探讨了反射率与固化时间之间的动力学方程。      

耐热性聚酰亚胺复合材料的制备

以均苯四甲酸二酐、4,4'-二氨基二苯基醚、N,N'-二甲基乙酰胺为主要原料合成聚酰亚胺树脂,通过对比固化后树脂的吸水性能、耐热性能,表明:复合材料比纯聚酰亚胺具有良好的耐热性能,更低的吸水性能.并研究了溶剂体系、反应温度、时间、投料比和总固含量等因素对所得聚酰胺酸特性黏度的影响.     

AlN-CNTs/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

为了研究氮化铝(AlN)和碳纳米管(CNTs)对聚酰亚胺(PI)的导热、热学、力学性能的协同效应,采用湿法球磨和热压成型法制备了AlN/PI和CNTs-AlN/PI复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对复合材料进行了物相分析和断面形貌表征,分别考察了AlN及其与CNTs协同对PI复合材料的导热、热学、力学性能的影响。结果表明,AlN和CNTs在PI基体中分散均匀且接触界面良好,AlN的加入可以显著地提高复合材料的导热性能,且对复合材料的热稳定性和力学性能有一定的提高;固定AlN的含量为10%,加入少量的CNTs可以提高复合材料的导热性能,但对复合材料的力学性能有一定的负面影响。     

石墨烯/银导电复合材料的制备与表征

以天然鳞片石墨为原料,采用Hummer法制备氧化石墨,然后经过水解、超声分散、加还原剂和硝酸银反应得到石墨烯/银复合材料。采用紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、粒径分布仪(Auto sizer)、四探针(Four-Point Probes)等对制备的氧化石墨的氧化程度、石墨烯的结构、银颗粒在石墨烯上的分布和硝酸银的浓度对导电效率的影响进行了分析。实验结果表明,Hummer法可以制备出优质的氧化石墨烯。硝酸银浓度为0.15g/mol时石墨烯复合金属材料的导电性更佳。     

离子交换法制备聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜及性能研究

采用离子交换技术以氯化铝溶液为铝源制备出了上下两个表层含氧化铝的聚酰亚胺/氧化铝(PI/Al2O3)复合薄膜。对制备的复合薄膜的形貌、力学性能、热性能和电性能进行了表征和测试,并与纯PI薄膜进行了对比。扫描电镜(SEM)结果显示复合薄膜表面无可见粒子,能谱(EDS)显示复合薄膜表面含有Al元素;力学测试结果显示复合薄膜基本上维持了纯膜优越的力学性能;热失重(TG)表明复合薄膜比纯膜有更好的热稳定性;击穿场强测试结果表明复合薄膜击穿场强由原纯膜的291kV/mm提高到了303kV/mm;耐电晕测试结果表明复合薄膜的耐电晕时间由原纯膜的8min提高到了53min,比原纯膜有了很大提升。     

石英纤维/聚酰亚胺复合材料的制备与性能

采用DSC、TG、FTIR和流变仪对KH-370聚酰亚胺树脂的化学反应特性和流变性能进行了表征。以QWB200石英纤维为增强体,采用热压成型工艺制备了QWB200/KH-370复合材料。研究了加压温度、压力大小、固化温度等不同工艺参数对QWB200/KH-370复合材料力学性能的影响,在此基础上确定了复合材料的成型工艺制度。考察了QWB200/KH-370复合材料400℃高温下的力学强度及宽频范围内的介电性能。结果表明,制备QWB200/KH-370复合材料的最佳工艺参数为:加压温度290~310℃,压力范围3.0~4.0 MPa,固化温度380℃。所得QWB200/KH-370复合材料具有良好的力学性能,400℃下力学强度保持率高于58%,表现出良好的耐热性能;而且在1~18 GHz的宽频范围内具有稳定的介电常数和介电损耗。      

蒙脱土/聚酰亚胺纳米复合薄膜的制备

以均苯四甲酸二酐(PMDA)和4,4'-二氨基二苯醚(DAPE)为主要原料合成的聚酰亚胺(PI)为基体,以有机化处理蒙脱土(MMT)为无机相,成功地制备了MMT/聚酰亚胺纳米复合薄膜。用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和差示扫描量热分析(DSC)对薄膜微相形态结构进行了分析测试。结果表明,加入适量MMT可制得MMT片层分散尺寸达到纳米级(1~2 nm)的MMT/PI复合薄膜。有趣的是,MMT/PI薄膜中显示出了一定程度的取向行为。     

球磨共混制备优异抗原子氧性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺复合薄膜

通过简单的机械共混（球磨共混）和高温压制的方法,制备了一系列具有良好抗原子氧（AO）性能的氧化石墨烯/聚酰亚胺（GO/PI）复合薄膜。微量（0.5wt%） GO的引入可使GO/PI复合薄膜的抗AO性能提高17.9%。同时,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜也表现出良好的热稳定性能和力学性能。热重分析表明,含0.5wt% GO的GO/PI复合薄膜在质量损失为5%时的温度（T_d5）为519.4℃,比纯PI薄膜高14.7℃;拉伸强度为111.9 MPa,杨氏模量为2.1 GPa,与纯PI薄膜相比,分别提高了4.3 MPa和0.1 GPa。与传统的原位聚合法相比,机械共混-高温压制的方式更易于操作和控制,使具有优异综合性能的GO/PI复合薄膜的大规模量产成为可能。     

石墨烯/聚乳酸复合材料的制备与性能研究

目的制备具有优异阻隔性能及热稳定性的聚乳酸薄膜材料。方法在聚乳酸中添加石墨烯对其进行改性。首先采用改进的Hummers法将鳞片状石墨制备成氧化石墨烯,继而采用热剥离法将氧化石墨烯还原剥离为石墨烯,然后以聚乳酸为基材,还原后的石墨烯为增强相,采用流延法制备石墨烯/聚乳酸复合薄膜,并测试了其结构、热稳定性以及阻隔性能。结果红外分析表明,石墨被强氧化剂氧化后形成了以C—OH,—COOH,C—O—C和C=O等官能团形式存在的石墨层间化合物,还原后获得的石墨烯剥离充分;石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性能和阻隔性能随石墨烯含量的增加而逐渐增强。结论在试验参数范围内,石墨烯/聚乳酸复合薄膜的热稳定性和阻隔性能优于聚乳酸薄膜。     

石墨烯/水泥基复合材料的制备与性能

采用机械球磨法制备石墨烯(Graphene),分别使用马尔文激光粒度仪(Zetasizer Nano ZS)、XRD、SEM等技术手段对其进行结构表征与分析。同时将制备得到的石墨烯与硅粉共同加入水泥中,并使用耐驰436导热仪和电液伺服压力试验机测试其导热性能和力学性能,探讨了石墨烯纳米片在水泥中的导热机理。实验结果表明:在有硅粉(SF)存在的条件下,当石墨烯掺量为0.5%wt时,复合材料的导热率为0.56W/(m·K),3d、7d和28d的抗压强度分别为34、46.2和58.4MPa,与空白样相比,导热率提高了60%,抗压强度分别提高了10.4%、15%和10.8%。硅粉辅助石墨烯在水泥中的分散,形成导热通路,提高了复合材料的导热性能。     

纳米钛酸钡掺杂聚酰亚胺基高介电复合薄膜的制备及性能

采用原位聚合法和高速砂磨法制备了纳米钛酸钡/聚酰亚胺高介电常数复合薄膜,分析了不同制备方法及钛酸钡粉体用量对复合薄膜结构和性能的影响。实验结果表明,高速砂磨法对于纳米钛酸钡粉体的分散效果优于原位分散法;钛酸钡粉体的引入,有效提高了复合薄膜的热稳定性和介电性能。当粉体的体积分数达到50%时,复合薄膜介电常数相较于纯膜提高了10倍,而介电损耗只有少量增加。     

石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料性能研究

多孔聚酰亚胺复合材料因具有良好的自润滑性而成为航天轴承保持架的主要选材。但该材料在使用过程中显现出导热性能差和易磨损等问题,缩短了轴承使用寿命,严重影响航天飞行器控制系统的可靠性。本工作通过机械混合添加石墨烯工艺制备得到了石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料,并对复合材料的微观形貌与结构、导热性能和磨损性能等进行了表征与分析。结果表明,石墨烯改性多孔聚酰亚胺轴承保持架材料兼具良好的导热性能和耐磨性,当石墨烯含量为1.0%(质量分数)时,材料导热系数为0.41 W/(m·K),相比改性前提高36.9%;材料磨损率为43.25×10^-5mm³/(N·m),相比改性前提升27.3%。因此,改性后的复合材料保持架对延长航天轴承的使用寿命具有潜在的应用价值。