石墨烯-聚合物復合材料的制備、結構與性能的研究.pdf

1、石墨烯是一種新型填料,可以改善聚合物的性能。石墨烯在聚合物中的分散是制備石墨烯/聚合物復合材料的關鍵問題。氧化石墨烯(GO)及通過對GO改性和還原等方法制備的石墨烯衍生物能夠有效的解決石墨烯在基體中的分散問題。GO是石墨烯的重要衍生物,其片層表面具有多種含氧官能團,因此能在水和其它極性有機溶劑中分散。本文通過改良的Hummers方法制備了氧化石墨烯,采用溶液共混制備了GO/乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVM)復合材料和還原氧化石墨烯(rGO

2、)/氟橡膠(FKM)復合材料,采用熔融共混制備了尼龍6(PA6)/GO/聚苯乙烯(PS)復合材料,原位聚合的方法制備了GO/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯共聚物(P(St-co-BMA))復合材料。研究復合材料中石墨烯的分散狀態(tài)以及石墨烯對復合材料的力學、熱學、導熱、介電和吸波等性能的影響。具體研究內容主要有:
　　GO通過Hummers方法制備。采用溶液共混的方法制備GO/EVM復合材料。掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線衍射(XRD)結

3、果表明GO在EVM中以單片層形式均勻分散。利用Halpin-Tsai模型進一步研究GO在EVM中的分散狀態(tài),結果表明GO在EVM中無規(guī)分散。添加GO后,GO/EVM復合材料的力學性能明顯提高。當GO含量為1份時,GO/EVM的拉伸強度為22.8 MPa,300％處定伸應力為4.8 MPa。EVM/GO復合材料的熱穩(wěn)定性與EVM相比略有提高。
　　通過原位熱溶液還原的方法在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中制備rGO/ FKM復合

4、材料。利用X射線光電子能譜(XPS)、紫外吸收光譜和紅外吸收光譜研究GO的還原。SEM和XRD結果表明,原位還原有利于rGO在FKM中的分散。研究了復合材料的力學、導熱、介電和吸波性能等。GO和rGO都是良好的補強填料,添加GO和rGO后FKM的力學性能有所改善。rGO/FKM(5 phr)在10-1 Hz頻率下的介電常數由FKM的8.1增加到26.4。rGO/FKM的導熱和吸波性能與FKM相比都有提高。
　　GO具有良好的兩親性

5、,能夠作為一種表面活性劑。利用GO的這種性質增容尼龍6(PA6)/聚苯乙烯(PS)(80/20)共混物材料。SEM照片結果表明,添加GO后,PS相的粒徑明顯變小,GO分散在PA6與PS的界面處。即GO能夠有效增容PA6與PS,DMA測試結果進一步證明了該結論。GO的添加有效提高了共混物材料的力學性能。GO添加量為0.1 wt%時,PA6/GO/PS的斷裂伸長率與PA6/PS相比增加了270%,斷裂能增加了近340%。
　　采用原位

6、乳液聚合的方法制備了GO/P(St-co-BMA)復合材料,用水合肼將GO原位還原制備了rGO/P(St-co-BMA)復合材料,并對其結構及性能進行表征。結果表明:添加GO后,GO/P(St-co-BMA)的玻璃化轉變溫度(Tg)低于P(St-co-BMA)。GO的還原對復合材料的Tg影響很小。rGO/P(St-co-BMA)的起始熱分解溫度(失重5%時的溫度)遠高于P(St-co-BMA)或GO/P(St-co-BMA)。添加GO或