聚乙烯/石墨阻燃复合材料的研究

研究了石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨 /聚乙烯复合材料的阻燃性能。结果表明 ,石墨具有一定的阻燃作用 ,可膨胀石墨具有良好的阻燃效果。

基于分子动力学方法的石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究

采用分子动力学模拟的方法进行石墨烯/聚乙烯复合材料界面剪切力学性能的研究。首先建立石墨烯/聚乙烯复合材料分子动力学模拟计算的模型,然后在300 K温度下对石墨烯进行了拉拔模拟实验,探讨石墨烯倾斜角度和层数对复合材料界面剪切力学性能的影响。模拟计算结果表明,在拔出速率为0.001 nm/fs的情况下,石墨烯25°倾斜角模型的界面剪切强度最大,比0°倾斜角模型界面剪切强度增加了39.8%,可见石墨烯倾斜角对界面剪切强度有较大的影响。在拔出速率为0.001 nm/fs和石墨烯0°倾斜角的情况下,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的界面剪应力最大值分别为89.20、114.21和129.28 MPa,显然增加石墨烯层数能显著提高复合材料的界面剪切性能。当拔出速率为0.0005 nm/fs时,单层、双层和三层石墨烯的聚乙烯复合材料模型的剪切强度值比较接近,随着速率增加到0.001 nm/fs,三层模型剪切强度增强最大,双层模型次之,单层模型最小,然而速率超过0.001 nm/fs之后,单层模型剪切强度几乎线性增强,双层和三层模型剪切强度增强的幅度均比单层模型小,这说明拔出速率的增加使得复合材料的界面剪切强度呈现较大的提高。

氧化石墨烯和氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料对Cu(Ⅱ)的吸附性能研究

采用溶液共混法-冷冻干燥法制备了氧化石墨烯(GO)和氧化石墨烯/聚乙烯亚胺复合材料(GO/PEI),探讨了pH值、吸附剂加入量、温度、时间及Cu(Ⅱ)初始浓度对GO和GO/PEI吸附Cu(Ⅱ)效果的影响。研究结果表明,GO和GO/PEI均可高效吸附Cu(Ⅱ),投入0.5 g/L的吸附剂吸附50 mg/L的Cu(Ⅱ),在318 K下吸附200 min,pH值为5.5时,GO和GO/PEI的吸附量可达60.36 mg/g和79.70 mg/g。Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型可较好地拟合其吸附过程,GO和GO/PEI对Cu(Ⅱ)的吸附是自发的吸热反应。综合对比GO和GO/PEI对Cu(Ⅱ)的吸附性能,GO/PEI的吸附效果更佳。

石墨烯复配甲基膦酸二甲酯对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料阻燃性能的影响

采用石墨烯甲基膦酸二甲酯(DMMP)复配阻燃剂对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料进行改性。通过垂直燃烧(UL-94)试验、极限氧指数(LOI)试验、热质量分析(TGA)试验和锥形量热试验,研究石墨烯与DMMP的复配比例对乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料阻燃性能与热稳定性能的影响。结果表明:质量分数0.83%石墨烯16.60%DMMP复配改性乙烯基酯树脂及玻纤增强复合材料试件的UL 94试验均可通过垂直燃烧防火等级(V-0级)。加入质量分数0.41%石墨烯16.59%DMMP复配阻燃剂后,树脂试件的热释放速率(HRR)、总热释放量(THR)和总烟释放量(TSR)与纯乙烯基酯树脂试件相比,分别下降34.3%、70%和36.4%。质量分数0.41%石墨烯16.59%DMMP复配改性的复合材料试件的LOI为39.1%,烟密度降低,说明石墨烯DMMP复配体系能够提高试件的阻燃性能和抑烟性能。石墨烯与DMMP复配后,试件的最大热分解速率增大,燃烧后碳层的石墨化程度提高,增强了试件的热稳定性。分析表明:石墨烯DMMP复配体系的阻燃机制是气相阻燃和凝聚相阻燃相结合。

聚乙烯/大片层石墨烯复合材料吸波性能研究

高分子吸波复合材料广泛应用于航空航天吸波领域,通过将高性能吸波填料引入到聚乙烯基体可制备得到轻质、宽频和强吸收的复合吸波材料。石墨烯由于其轻质、比表面积大、电导率可调的特性常被用作高效高分子复合吸波材料的填料从而受到广泛关注。本文通过引入过硫酸铵膨胀法增加鳞片石墨的比表面积成功制备了高效大片层石墨烯吸收剂,在此基础上与聚乙烯复合制备不同性能的石墨烯/聚乙烯复合吸波材料,本论文详细研究了石墨烯热还原温度对复合材料吸波性能的影响并对其吸波机理进行了讨论。结果表明,采用适中温度(1200℃)热还原得到的复合吸波材料具有良好的吸波性能,在填料质量分数仅1.5%填充量下,该复合吸波材料匹配厚度为2 mm,吸收峰达到-40.2 dB,低于-10 dB吸收的有效带宽为2.675 GHz。其机理为:当还原温度较低时,复合吸波材料中吸波剂的导电性能差,难以感应电磁波形成电流对其进行损耗;还原温度过高,复合吸波材料中吸波剂的导电性很高,会在表面产生大电流,从而发生趋肤效应,难以使电磁波进入粉体内部进行有效损耗。通过该方法可简单方便地制备轻质、宽频和强吸收的复合材料,有望用作电磁波吸收器件。

聚乙烯/膨胀石墨导电阻燃复合材料的研究

通过溶液插层法研究了聚乙烯/膨胀石墨复合材料的力学性能、电学性能、阻燃性能。结果表明,当膨胀石墨填充量为10～15份时,复合材料的体积电阻降为1×108Ω以下,当膨胀石墨含量为30份时,复合材料的氧指数达到22 8,具有一定的阻燃性。

非共价改性石墨烯的制备及环氧树脂复合材料导热性能

采用非共价键表面修饰制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性的石墨烯(GR@PVP),通过共混方式将其作为填料与环氧树脂(EP)复合得到了不同填充量的EP/GR复合材料。红外光谱和热重分析结果表明,聚乙烯吡咯烷酮成功接枝到石墨烯表面。动态力学热分析和热性能测试结果表明,EP/GR@PVP复合材料的储能模量、玻璃化转变温度和损耗因子峰高度均比EP/GR复合材料有所降低,表明聚乙烯吡咯烷酮增强了环氧树脂复合材料的柔韧性。采用扫描电子显微镜观察复合材料断面形貌,GR@PVP在环氧树脂中分散均匀,且与基体相容性好。当填料质量分数为2.0%时,EP/GR@PVP复合材料的热导率比纯EP和EP/GR复合材料分别提高了205.3%和52.6%,25℃EP复合材料的表观黏度为13.29 Pa·s,符合电子封装材料对复合材料加工黏度的需求(<20 Pa·s)。其研究为进一步制备高导热、低黏度的电子封装材料提供了一种简便的方法。

硬质聚氨酯泡沫/EG/MPP复合材料的制备及阻燃性能

将三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)与可膨胀石墨(EG)进行复配,并采用一步法全水发泡法制备了硬质聚氨酯泡沫/可膨胀石墨/三聚氰胺聚磷酸盐(RPUF/EG/MPP)复合材料。在此基础上,采用热重分析(TG)、阻燃测试、微型量热(MCC)、扫描电镜(SEM)系统研究RPUF/EG/MPP复合材料的热稳定性、阻燃性、燃烧特性和炭渣微观形貌。研究表明,EG和MPP的加入可以明显提高RPUF/EG/MPP复合材料的热稳定性,40.6份MPP和20.3份EG的加入使得RPUF-2在800℃时,残炭率高达31.7%。阻燃测试表明,MPP和EG之间存在协效阻燃作用,其最大极限氧指数可达29.9%。微型量热测试表明,MPP和EG的加入可以有效降低RPUF复合材料燃烧过程中的热释放,提升其火灾安全性能。

阻燃剂对聚乙烯复合材料性能的影响

讨论了添加不同生产工艺和不同表面处理方法的氢氧化镁阻燃剂对聚乙烯复合材料的物理性能、阻燃性能、机械性能的影响,结果表明,阻燃剂的比表面积、生产工艺与阻燃性能、物理性能是强相关关系,与表面处理的方法则是弱相关关系。

氨基涂料掺杂氧化石墨烯阻燃木塑复合材料的研究

以三聚氰胺甲醛树脂(Melamine-Formaldehyde,MF)为成膜树脂,以磷酸-季戊四醇(H 3 PO 4-PER)为膨胀阻燃体系,以氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)为阻燃协效助剂制备透明膨胀型阻燃涂料,从而提高木塑复合材料(wood-plastic composites,WPC)的阻燃抑烟性能。结果表明,涂层的透明度高,物理性能良好,阻燃抑烟性能优异。GO的加入,未改变涂层物理性能,但显著提高复合材料的热稳定性和阻燃抑烟性能。加入0.2%的GO,热重分析(Thermogravimetric analysis,TG)测试表明,涂层的残炭量增加了11.0%;模拟大板燃烧法显示,涂层的耐燃时间较对照组提升了75.0%;锥形量热仪(Cone calorimeter,CONE)燃烧测试表明,可以有效抑制涂层的热释放和烟释放,涂层的总热释放量和总烟释放量最大分别下降35.6%和43.5%。片状结构的GO在涂料受热膨胀后成为交联点,提高炭层整体的力学强度和稳定性,进而达到阻燃抑烟的作用。

石墨烯/高密度聚乙烯导电复合材料的制备与表征

采用氧化还原法制备了石墨烯(GNS),采用红外光谱、透射电子显微镜对所得石墨烯进行分析和表征。采用溶液共混法制备石墨烯/聚乙烯导电复合材料,研究了材料的导电渗流行为,发现石墨烯含量越接近渗流阈值(4.3%,质量分数),随着石墨烯含量的增加,其室温电阻率减少;当质量分数为6.3%左右时,电阻率趋于稳定,约为102Ω.m。DSC分析发现加入GNS后复合材料的降温过程中结晶峰起始温度提高,说明GNS在复合材料中有成核剂的作用。

石墨填充高密度聚乙烯基复合材料导热性能的研究

选用导热系数较高的无机填料石墨对高密度聚乙烯（HDPE）进行填充改性；采用偶联剂和磨盘型力化学反应器对石墨进行表面处理，提高石墨与聚合物基体的界面相互作用；用自行研制的升温速率测定装置测试材料的导热性能，并研究材料的导热机理；用SEM观察复合材料的微观形态．实验结果表明：经偶联剂处理后，石墨在HDPE中均匀分布；测试试样的上表面温度随时间的变化可用三次多项式T=A0+A1t+A2t2＋A3t3拟会；HDPE／石墨复合材料升温速率随石墨含量增加而增大；石墨含量为35％的复合材料最大升温速率为HDPE的1.75倍．

氧化石墨烯/聚乙烯醇复合材料的制备及其阻隔性能

以层状石墨为原料制备了氧化石墨烯(GO),将其引入到聚乙烯醇(PVA)基体中,得到GO/PVA复合材料。借助X射线衍射分析和差示扫描量热分析表征了复合材料的结晶性能,使用气体渗透测试仪分析了复合材料的氢气阻隔性能。分析结果表明:当GO质量分数低于0.5%时,片层结构的GO导致PVA的结晶度增加;当GO质量分数大于0.5%时,PVA的结晶度降低。复合材料的氢气阻隔性能受到GO添加量和PVA结晶度的协同影响。

炭黑和石墨填充聚乙烯导电复合材料电阻的外场依赖性

研究了炭黑和石墨填充高密度聚乙烯复合材料的导电性，结果表明，温度场、轴向压力场和交流电场均影响材料的导电位．对于电阻对外场的响应，外场的临界值具有明显的填料浓度依赖性．

石墨烯/超高分子量聚乙烯复合材料的导电性能

采用氧化还原法制备了石墨烯(GNS),用X射线衍射(XRD)、红外光谱、透射电子显微镜对所得GNS进行了分析和表征。采用溶液混合、超声波分散的方法,制备了GNS/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)导电复合材料,研究了材料的导电渗流行为和阻-温特性。结果表明,溶液混合法可使GNS较好地分散于UHMWPE基体中,复合材料表现出典型的导电渗流行为,其渗流阈值为3.6%(质量分数)。在大于渗流阈值的情况下,复合材料的正温度系数效应(PTC)强度随GNS含量的增加而提高;热循环使得复合材料的PTC强度有所降低。

次磷酸铝对木粉/高密度聚乙烯复合材料阻燃及力学性能的影响

以次磷酸铝(AHP)为阻燃剂对高密度聚乙烯(HDPE)基木塑复合材料进行阻燃改性。采用锥形量热、垂直燃烧、极限氧指数(LOI)系统评价复合材料的阻燃性能。通过拉伸强度、无缺口冲击强度、弯曲强度等测试,探讨了复合材料的力学性能。并通过热失重分析、扫描电镜对AHP阻燃木粉/HDPE(WF/HDPE)复合材料的机理进行分析。结果表明,AHP、木粉(WF)及WF中的结合水构成膨胀阻燃体系,AHP质量分数为30%时,WF/HDPE复合材料达到垂直燃烧V-0级别,LOI值达到25.5%,阻燃性能显著提高。AHP的加入使WF/HDPE复合材料的力学性能有所下降。

高密度聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料膨胀阻燃体系的性能

使用以乙烯/醋酸乙烯共聚物(EVA)为相容剂的高密度聚乙烯/蒙脱土(HDPE/OMT)纳米复合材料作为基体,制备了含不同成炭剂的聚磷酸铵(APP)膨胀阻燃体系,对其阻燃性能进行了比较和研究,并分析了蒙脱土与膨胀阻燃剂协效作用的机理。热重分析(TGA)、垂直燃烧(UL-94)、极限氧指数(LOI)、锥形量热计结果表明:APP/季戊四醇(PER)体系熔融过程较短可形成蒙脱土增强炭层;PER/PA/OMT体系中较高的有机物含量有利于蒙脱土迁移和堆积。

聚乙烯/石墨纳米复合材料的制备、结构和导电性

用溶液插层(SI)和母料熔体混合(MMM)方法制备了聚乙烯(PE)/马来酸酐接枝聚乙烯(gPE)/膨胀石墨(EG)导电纳米复合材料,以直接熔体混合(DMM)法制备的PE/gPE/EG、PE/EG复合材料作对照,通过电导率(σ)测试,TEM、SEM、OM观察和DSC分析,研究了制备方法、EG体积或质量分数(或fm)和gPE质量含量(Cg)对复合材料结构和σ的影响。结果表明,SI、MMM、DMM法制备的Cg/fm=1 5复合材料和PE/EG对照材料的逾渗阈值c分别为2 19%、3 81%、4 68%和5 35%;当Cg/fm由1增至4时,MMM、DMM法制备的fm=9%复合材料的σ分别跃升12和8个数量级;产生这些差异和现象的原因,可根据复合材料中EG分散相形态和内部微结构随制备方法、和Cg/fm的变化,按逾渗理论来解释。

无卤阻燃聚乙烯复合材料的研究

本研究以低密度聚乙烯（ＬＤＰＥ）为基础树脂，用多种三元乙丙橡胶（ＥＰＤＭ）作改性剂，研究不同ＥＰＤＭ、无机阻燃剂和红磷对材料性能的影响。研究结果表明ＬＤＰＥ／ＥＰＤＭ共混多相聚合物比ＬＤＰＥ有更强的韧性，还可增加无机阻燃剂的添加量。当加入适当的三水合氢氧化铝（ＡＴＨ）和红磷时，可获得无卤阻燃聚乙烯材料，其极限氧指数（ＬＯＩ）可达３０、电导率为４０μｓ／ｃｍ，ｐＨ值为５．０。可望作热塑性无卤阻燃聚乙烯电缆料。

Al_2O_3陶瓷—石墨/超高分子量聚乙烯杂交纤维复合材料装甲抗弹性能研究

对以Al2 O3 陶瓷作面板、以石墨与超高分子量聚乙烯杂交纤维增强环氧树脂基复合材料为背板的复合装甲的抗弹性能进行了理论分析和实验研究 ,探讨了面板与背板的材料参数、几何参数等对复合装甲的抗弹性能的影响 ,得到了具有工程指导意义的结论。