碳納米填料的遷移對雙連續(xù)相高分子復(fù)合材料性能的影響.pdf

1、高分子復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能而逐步取代傳統(tǒng)材料成為各領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。填料的添加賦予了高分子復(fù)合材料諸多特性如電性能、磁性能和能量轉(zhuǎn)換等。但是大量填料的引入使得復(fù)合材料的綜合成本增加，限制了高分子復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。本論文通過調(diào)控填料在雙連續(xù)相基體中的微觀分布形態(tài)，以降低聚合物基體中的填料含量。采用石墨烯及其衍生物為填料，制備出不同的復(fù)合材料，研究粒子的遷移對復(fù)合材料導(dǎo)電性能和阻隔性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過熔

2、融共混制備了石墨烯納米片（GNS）/聚丙烯（PP）/高密度聚乙烯（HDPE）導(dǎo)電復(fù)合材料。結(jié)果顯示，靜態(tài)熱場下復(fù)合材料的電阻率隨時(shí)間延長而下降，并逐漸達(dá)到穩(wěn)定。動態(tài)剪切熱場作用下，復(fù)合材料的電阻率先下降后上升，當(dāng)180℃剪切8min時(shí)，GNS為3.4vol％的50wt%PP/50wt%HDPE混合體系電阻率從104Ω?m降低到100Ω?m，下降了4個(gè)數(shù)量級。剪切時(shí)間延長到18min時(shí)，其電阻率又升至103Ω?m。掃描電鏡（SEM）和超景

3、深顯微鏡（DDOM）分析表明，熱場作用下GNS從PP基體中向HDPE基體內(nèi)遷移，且熱場+剪切場下的遷移更加明顯。因此，通過調(diào)控剪切和熱場的作用時(shí)間可有效調(diào)節(jié)GNS在PP/HDPE雙連續(xù)相中的分布，并進(jìn)而獲得具有較優(yōu)導(dǎo)電性能的復(fù)合材料。⑵利用胺基與環(huán)氧基團(tuán)的親核取代反應(yīng)，在室溫條件下將十二烷基胺（DA）接枝于氧化石墨烯（GO）片層上，并利用溶液混合法制備了均勻分散的烷基化氧化石墨烯（DA-GO）/聚苯乙烯（PS）納米復(fù)合材料。DA-GO/

4、PS/高密度聚乙烯（HDPE）復(fù)合材料動態(tài)力學(xué)性能測試表明DA-GO的遷移提高了PS/HDPE的界面相容性。氣體滲透測試結(jié)果顯示DA-GO含量為0.1wt％時(shí)，復(fù)合材料的氧氣滲透系數(shù)從10.4×10-14cm3cm/(cm2·s·Pa)降低到7.66×10-14cm3cm/(cm2·s·Pa)，當(dāng) DA-GO含量提高到2wt%時(shí)，氧氣滲透系數(shù)降低到3.9×10-14cm3cm/(cm2·s·Pa)，比純 PS/HDPE復(fù)合材料薄膜的氧氣

5、滲透系數(shù)降低了62.5%，因此添加DA-GO對于復(fù)合材料阻隔性能有大幅度提高。并且在相同填料含量的條件下DA-GO的遷移能夠提高復(fù)合材料的阻隔性能，在熔融共混8min時(shí)復(fù)合材料薄膜的氧氣滲透系數(shù)從5.44×10-14cm3cm/(cm2·s·Pa)降低到4.40×10-14cm3cm/(cm2·s·Pa)，此時(shí)阻隔性能最優(yōu)。⑶通過控制材料制備工藝過程（分散順序）研究其對復(fù)合材料微觀形態(tài)和宏觀性能的影響。DSC分析發(fā)現(xiàn)，若先將DA-GO分

6、散在PS相中則相對于純的PS/聚乳酸(PLA)復(fù)合材料，冷結(jié)晶峰向高溫移動，而先將DA-GO分散在PLA相中，冷結(jié)晶峰消失說明復(fù)合材料結(jié)晶較完善。流變性能和動態(tài)力學(xué)性能（DMA）測試結(jié)果顯示DA-GO/PLA/PS復(fù)合材料的粘度和松弛時(shí)間都比 DA-GO/PS/PLA復(fù)合材料大，這主要是因?yàn)榱Ｗ优c基體間的物理化學(xué)相互作用導(dǎo)致的。當(dāng)填料含量為0.5wt％時(shí)DA-GO/PS/PLA和DA-GO/PLA/PS復(fù)合材料的氧氣滲透系數(shù)分別從5.5