本文選題：功能化石墨烯 + 聚丙烯��； 參考：《西南大學》2015年碩士論文

【摘要】：石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,只有一個碳原子厚度的二維納米材料,具有優(yōu)越的熱學、力學、光學、電學等性能,從而成為當前材料科學領域的研究熱點,廣泛應用于聚合物復合材料中。然而它與高分子聚合物混合的過程中還有很多亟待解決的問題：比如,石墨烯如何在聚合物基體中分散和取向問題；如何增強石墨烯與聚合物基體界面的相互作用等等。針對以上問題,本文通過對石墨烯表面功能化處理,提高其在聚合物中的分散性以及石墨烯與聚合物基體界面作用；在此基礎上,將功能化的石墨烯與聚丙烯制備出聚丙烯功能化石墨烯復合材料。另外,運用實驗室自主組裝設計的剪切誘導取向擠出(SIOE)成型設備制備出具有取向分布的功能化石墨烯聚丙烯復合材料。(1)通過Hummers法將鱗片石墨制備出氧化石墨(GO),再將其在4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)的作用下與硬脂酸反應制備得功能化石墨烯(FGs)。通過運用傅立葉紅外光譜(FT-IR)、X射線光電子能譜(XPS)、X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)和透射電子顯微鏡(TEM)來測試分析FGs的結構和性能。結果表明通過MDI的共價接枝改性將硬脂酸接到氧化石墨烯表面,成功的制備出了功能化石墨烯粒子(FGs),它與有機溶劑的相容性較好,非極性得到了增強,從而與聚合物基體有較好的相容性,功能化石墨烯粒子層與層間距離增大,熱穩(wěn)定性較氧化石墨烯也有很顯著的提高。(2)將不同含量的功能化石墨烯粒子與等規(guī)聚丙烯(iPP)通過熔融共混的方式制備出聚丙烯/功能化石墨烯(iPP/FGs)復合材料。并通過運用X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、差示掃描量熱法(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)和萬能力學拉伸試驗來測試分析聚丙烯/功能化石墨烯復合材料的結構和性能。實驗結果表明FGs粒子能夠較好的分散在聚丙烯基體中,同時與界面有較強的相互作用,聚丙烯復合材料的結晶度、熱穩(wěn)定性以及力學性能較聚丙烯/鱗片石墨復合材料、聚丙烯/氧化石墨烯復合材料有顯著提高。(3)本課題組自主設計組裝了剪切誘導取向擠出(SIOE)成型設各,該設備是在單螺桿擠出機的機頭出料口處加裝自主設計的取向成型模塊單元,再將擠出的片層材料通過流延輥拉伸冷卻成型。該設備主要是通過添加不同數(shù)量的取向單元模塊來控制聚合物流體受到剪切力的大小,從而調控填料和基體中的分散排布情況。我們首先將等規(guī)聚丙烯和FGs用雙螺桿擠出機造粒制備出母料,再運用取向擠出成型設備制備出不同F(xiàn)Gs含量不同取向單元下的聚丙烯/功能化石墨烯(iPP/FGs)復合材料。采用X射線衍射(XRD)、熱重分析(TGA)、差示掃描量熱法(DSC)、掃描電子顯微鏡(SEM)、二維廣角X射線衍射(2D-WAXD)、氣體滲透儀(GPT)和萬能力學拉伸試驗對其結構、形態(tài)和性能進行了表征。實驗結果表明,經(jīng)過取向單元擠出成型的聚丙烯/功能化石墨烯(iPP/FGs)復合材料中的FGs填料粒子明顯的沿流動方向定向排列,隨著取向單元的增加,FGs分散越均勻,同時其引起聚丙烯晶體發(fā)生取向,晶體取向度大致隨取向的單元依次遞增。由于FGs片層的定向排布,使得聚丙烯/功能化石墨烯(iPP/FGs)復合材料具有較好的力學性能和阻隔性能。這對開發(fā)高性能的力學和阻隔高分子材料具有借鑒意義。
[Abstract]:Graphene is a planar film of six angle type of honeycomb lattice, consisting of carbon atoms with SP2 hybrid orbits. It has only one carbon atom thickness of two-dimensional nanomaterials. It has excellent thermal, mechanical, optical and electrical properties. It has become a hot research field in the field of material science and is widely used in polymer composites. However, it is widely used in polymer composites. In the process of mixing with polymers, there are many problems to be solved: for example, how to disperse and orientate graphene in the polymer matrix; how to enhance the interaction between graphene and the interface of the polymer matrix. On the basis of the dispersivity of graphene and the interface of the polymer matrix, the functionalized graphene and polypropylene have been prepared to prepare the polypropylene function fossils compound material. In addition, the functionalized functionalized fossil graphene polymerization with orientation distribution was prepared by the shear induced oriented extrusion (SIOE) molding equipment designed by the laboratory self-assembled design. Propene composites. (1) graphite oxide (GO) was prepared by Hummers method to prepare functional fossil graphene (FGs) with stearic acid under the action of 4,4- two phenyl methane diisocyanate (MDI). By using Fu Liye infrared spectroscopy (FT-IR), X ray photoelectron spectroscopy (XPS), X ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA). The structure and properties of FGs were tested and analyzed by transmission electron microscope (TEM). The results showed that the stearic acid was prepared by covalent graft modification of MDI to the surface of graphene oxide. The functional fossil Mo particle (FGs) was successfully prepared. It has good compatibility with organic solvents, and the non polarity is enhanced, which is better than the polymer matrix. Compatibility, the distance between the layer and interlayer of functional fossils increases and the thermal stability is significantly higher than that of graphene oxide. (2) polypropylene / functional fossil mo (iPP/FGs) composites are prepared by melt blending of different contents of functionalized Silene particles and isotactic polypropylene (iPP). And X ray diffraction (XR) is used. D), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscope (SEM) and universal mechanical tensile test were used to analyze the structure and properties of polypropylene / functionalized graphene composites. The experimental results show that the FGs particles can be well dispersed in the polypropylene matrix and have a strong interaction with the interface, and the polypropylene compound is complex. The crystallinity, thermal stability and mechanical properties of the composite are better than that of polypropylene / scale graphite composites, and the polypropylene / graphene oxide composite material has been significantly improved. (3) the research group has independently designed and assembled the shear induced oriented extrusion (SIOE) molding equipment. This equipment is installed at the outlet of the single screw extruder. In order to control the dispersion of the polymer fluid by adding a different number of orientation unit modules to control the size of the shear force in the filler and the matrix, we first use the isotactic polypropylene and FGs twin-screw. The extruder is prepared by granulation, and then the polypropylene / functional fossil (iPP/FGs) composites with different FGs content are prepared by the orientation extrusion molding equipment. X ray diffraction (XRD), thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), scanning electron microscope (SEM), two-dimensional wide-angle X ray diffraction (2D-WAXD), and gas are used. The structure, morphology and properties were characterized by body osmotic apparatus (GPT) and universal mechanical tensile test. The experimental results showed that the FGs filler particles in the polypropylene / functional fossil mo (iPP/FGs) composites formed by the orientation unit were obviously arranged along the direction of flow, and the dispersion of FGs was more uniform with the increase of orientation units. The orientation of polypropylene crystal and the orientation degree of the crystal increase in turn. The polypropylene / functional fossil mo (iPP/FGs) composites have good mechanical and barrier properties because of the directional arrangement of the FGs lamellae, which is of reference to the development of high performance mechanical and barrier polymer materials.

【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11;TQ325.14

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