HDPE-xGNPs-SiO2納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、近年來，由于納米填料在增強聚合物方面的優(yōu)勢，用以石墨烯為代表的碳系填料填充改性聚合物成為研究的熱點，將碳系填料與聚合物復(fù)合，通過加工手段制備納米復(fù)合材料是提高聚合物機械性能的有效途徑。在已有的碳系納米粒子增強聚合物的報道中，納米石墨微片增強的聚合物中大多是一些分子鏈帶極性的聚合物，如聚苯乙烯(PS)，而對于非極性基體，如聚乙烯(PE)等聚烯烴，用納米石墨片增強的復(fù)合材料的文獻很少。對于納米石墨片如何能在聚烯烴等聚合物中實現(xiàn)良好分散和剝離

2、等問題目前正處于研究階段。本文主要以高密度聚乙烯和膨脹石墨為原料，通過熔體剪切場和超聲振動場剝離了膨脹石墨，制備了高密度聚乙烯/納米石墨微片/納米二氧化硅（HDPE/xGNPs/SiO2）納米復(fù)合材料，主要研究了兩種加工技術(shù)和xGNPs有機功能化改性對納米粒子分散及復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)和性能的影響，具體結(jié)論如下:
　　(1)通過剪切流場分散技術(shù)，研究新的加工方法對復(fù)合材料形貌和性能的影響，以實現(xiàn)HDPE的高性能化。在HDPE/ SiO

3、2二元體系中引入膨脹石墨，利用兩種具有不同維度的納米粒子，片層膨脹石墨和球狀納米SiO2對剪切流場的不同響應(yīng)，使兩者間產(chǎn)生相互作用，以此實現(xiàn)膨脹石墨的原位剝離，以及SiO2團聚體尺寸的降低，加入少量的xGNPs復(fù)合材料的力學(xué)性能和熱性能就能大幅度增加。此外，由于膨脹石墨的剝離和納米SiO2對聚合物分子鏈的限制作用，復(fù)合材料的流變性能也發(fā)生了變化，儲能模量增加，與宏觀力學(xué)性能的增加相對應(yīng)。我們的研究實現(xiàn)了一種簡單易實現(xiàn)的膨脹石墨原位剝離的

4、方法，通過這種方法體系中的納米粒子得到良好分散。
　　(2)研究膨脹石墨改性前后對HDPE復(fù)合材料形態(tài)結(jié)構(gòu)及性能的影響，根據(jù)改性后的xGNPs的紅外，XRD和接觸角分析的結(jié)果，由于在加工過程中xGNPs粒子易被聚合物分子鏈包裹，降低了它與SiO2粒子的直接碰撞幾率，造成SiO2團聚體分散效果變差，性能下降。由于納米粒子對聚合物分子鏈的限制作用，在HDPE基體中加入xGNPs和納米SiO2粒子均能使復(fù)合材料結(jié)晶度下降，同時，xGNP

5、s改性后復(fù)合材料熱變形溫度增加，說明聚合物分子鏈運動困難，在對復(fù)合材料流變性能的研究也證明儲能模量損耗模量和復(fù)數(shù)粘度是增加的。
　　(3)改變加工方法，采用不同比例xGNPs和納米SiO2同時超聲的方法，研究最佳比例對復(fù)合材料形貌及性能的影響，實驗表明，當(dāng)xGNPs和納米SiO2比例為增加至1∶3時，片層膨脹石墨能夠最大程度的分散和剝離，由于經(jīng)過超聲作用后膨脹石墨的剝離和納米粒子在溶液共混過程中的良好分散，xGNPs極其少量的添加