利用石墨烯改性PP ? ? ?

目前, 聚丙烯 (PP) 是生產及用量最大的熱塑性塑料, 其具有電絕緣性、耐化學腐蝕性及耐疲勞性好等優點, 缺點是低溫脆性大 (脆性溫度-35℃) , 耐老化性、耐熱性及阻燃性較差, 并且PP塑料制品易產生靜電積累及靜電危害。聚丙烯廣泛地應用于汽車配件、電子儀器、包裝材料、管材管件和日常用品等, 耐熱、阻燃、耐老化性能方面的缺陷限制了聚丙烯的應用。目前, 主要通過物理和化學改性的方法提高PP的性能, 通過填充微米及納米級的黏土和碳納米管以及共混和化學結構改變等方法可以使PP樹脂及其復合材料的力學、耐熱、阻燃等性能有一定程度提高, 但是PP樹脂在導熱、耐熱及阻燃性能等方面存在不足, 依然是影響其應用的主要問題, 因此, 對于PP樹脂進行改性一直是研究熱點。

氧化石墨烯(GO) 的結構與石墨烯類似, 具有蜂窩狀的結構形貌, 具有很好的強度和柔韌性, 具有一定的導電、導熱性能, 與高分子材料形成復合材料, 具有增強增韌、提高耐熱性能及消除靜電的作用。因此, GO改性PP樹脂具有以下優勢:

(1) GO的制備工藝簡單, 成本較低；

(2) GO片層的尺寸及所帶的羧基、羰基和羥基等化學基團的數量可以通過調整制備過程及條件進行控制;

(3) GO與PP性能互補性強, 通過在PP中摻入少量的GO可以顯著提高PP的力學、耐熱、阻燃等性能。

氧化石墨烯改性PP的力學性能 ? ? ?

圖1圖2為氧化石墨烯改性PP材料的力學性能。圖1為GO摻量對氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度和彎曲強度的影響。從圖1可以看出, 隨著GO摻量從0.1%增加到0.4%, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度和彎曲強度依次增加, 而且依次增加的幅度較大;GO摻量在0.4%～0.6%時,氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度和彎曲強度依然依次增加, 但增幅明顯減小;GO摻量為0.6%～1.0%時, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度和彎曲強度不再增加, 持不變。當GO摻量為0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度和彎曲強度分別為54.3和40.2 MPa, 分別比未摻入GO的對照樣品提高了29.6%和33.6%。圖2為GO摻量對氧化石墨烯改性PP材料的沖擊強度的影響。

GO摻量從0.1%增加到0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料的沖擊強度增加且增幅較大, 當GO摻量為0.4%～0.6%時, 氧化石墨烯改性PP材料的沖擊強度仍然增加但增幅明顯變小, 在GO摻量為0.4%時沖擊強度達到了最大值, 為8.3 kJ/m2, 比未摻入GO對照樣品增加了62.7%, 當GO摻量大于0.4%后, 氧化石墨烯改性PP材料的沖擊強度開始減小。結果表明, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度比起對照樣品有明顯提高, 其增加幅度與GO摻量有關系, 當GO摻量在0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度增加效果最好。

圖1

圖2

氧化石墨烯改性PP的熱學性能

氧化石墨烯改性PP材料的熱導率和阻燃性能檢測結果如圖3所示。結果表明, 氧化石墨烯改性PP材料的熱導率λ隨著GO摻量增加而增加。這是因為GO納米片層具有良好的導熱性能, 在GO摻量為0.4%時熱導率增加幅度較大, 比對照樣品增加了205.3%。這是由于GO納米片層在PP樹脂中均勻分散形成了連續的體系, 傳熱效果較好。同樣, 氧化石墨烯改性PP材料的阻燃性能隨著GO的摻入有顯著的增加, PP的LOI為18.0, 當GO摻量為0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料的LOI為27.6, 屬于難燃物質。因此, GO的摻入, 可使氧化石墨烯改性PP材料的熱導率和阻燃性能有明顯的提高, 當GO摻量為0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料具有很好的熱傳導和阻燃性能。

圖3

氧化石墨烯改性PP材料的DSC曲線如圖4所示。從圖4可知, 當GO摻量為0.1%、0.3%、0.4%和0.8%時, 氧化石墨烯改性PP材料的玻璃化溫度分別為-22.5、-9.3、1.1和6.3℃, 對應氧化石墨烯改性PP材料的熔點分別為163.3、168.5、174.2和179.4℃。與PP樹脂對比可知, GO納米片層的摻入顯著提高了PP樹脂的耐熱性能及對環境溫度的適應性。

圖4

結論

通過熔融共混制備的氧化石墨烯改性PP復合材料,?氧化石墨烯改性PP材料具有密實均勻的微觀結構形貌, 其力學性能、熱導率和耐熱性能均比PP樹脂明顯提高。當GO摻量為0.4%時, 氧化石墨烯改性PP材料的拉伸強度、彎曲強度和沖擊強度分別比對照樣品提高了29.6%、33.6%和62.7%, 熱導率比對照樣品提高了205.3%, LOI從18.0提高到27.6, 氧化石墨烯改性PP材料具有好的導熱和阻燃性能,?擴大了PP樹脂的應用領域。

編輯：黃飛

?