石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能

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改性石墨烯粘土天然橡胶纳米复合材料的结构与性能

改性石墨烯粘土天然橡胶纳米复合材料的结构与性能

改性石墨烯/粘土/天然橡胶纳米复合材料的结构与性能张涛,王文良,鲁璐璐,杨阳,张闻轩(太原工业学院材料工程系,山西太原030008)摘要:大量研究表明,纳米填料的表面效应、大的比表面积以及纳米粒子本身对基体的强界面效应对橡胶纳米复合材料性能的提升具有极大的帮助。

本研究以天然橡胶(NR)为基体材料,采用乳液法制备石墨烯/粘土/NR纳米复合材料’讨论了石墨烯、粘土的用量对复合材料的物理机械性能的影响’结果表明,当粘土用量为3.0pho时,随着石墨烯添加量的增加,石墨烯/粘土/NR纳米复合材料的力学性能和耐磨性先升高,然后略有下降’当石墨烯添加量为1-0pho时,复合材料的拉伸强度提高了33.3%,而阿克隆磨耗体积下降了225%。

关键词:石墨烯;天然胶乳;复合材料;力学性能;阿克隆磨耗中图分类号:TB33文献标识码:A文章编号:1008-021X(X0X1)05-0025-04Structrrr and Properties of ModiCed Graphene/Clay/NR NanocompositesZhang Tao,Wang Wenliang,Lu Lulu,Yang Yang,Zhang Wenxuan(Department of Material Engineering,Taiyuan Institute of Technology,Taiyuan030008,China)Abstract:A larye number of studies have shown that the surface effect of nano-fillers,larye specific surface area and strong interface effect of nano-particles themselves on the matrix have a great help te ioprove the performance of rubber nano-composites.In this paper,natural rubber(NR)was used as the matrix material and graphene/clay/NR nanocompos—es were prepared by emulsion method.The e/ects of the amount of graphene and clay on the physical and mechanical properties of the composites were discussed.The results showed that the mechanical properties and wear resistance of graphene/clay/NR nanocomposieesweoe ioseeyincoeased and ehen seigheeydecoeased wieh eheincoeaseoQgoapheneconeenewhen eheceayconeeneis 3.0phr.And the tensile strength of the composites was increased by335%,the wear volume of Akron was decreased by22.7% when the amount of graphene is1.0phr.Key words:graphene;natural latex;composites;mechanical properties;akron abrasion有关石墨烯的研究虽然进行了60多年,但是直到21世纪初期英国物理学家Giov和Novos/o才第一次通过机械剥离的方法得到了石墨烯(GE)[1-5]。

石墨烯橡胶基复合材料概论

石墨烯橡胶基复合材料概论

石墨烯橡胶基复合材料概论橡胶材料应用到国民经济的各个领域,也是高科技领域不可缺少、不可替代的关键材料之一。

其中天然橡胶开发利用已经有100多年历史,20世纪30年代采用双烯类单体合成出丁钠、丁锂橡胶,引入氯原子合成出具有阻燃、耐日光老化功能的氯丁橡胶,引入氰基的丁腈橡胶能改善耐油性,在分子侧链引入高键能氟原子的氟橡胶极大提高了材料的耐热性和耐老化特性,随着化学工业的不断发展,硅橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、丁苯橡胶等生胶与橡胶材料被开发出来。

随着应用需求的发展和橡胶制品应用的多样化,其中典型的例如航空材料领域,需要橡胶制品具有优异的各项综合性能,也对橡胶制品提出了更高的功能性需求。

橡胶材料的生胶在强度和弹性方面都比较低,不具备使用价值,只有加入补强填料、防老剂等加工助剂并经过加工后才拥有使用功能。

炭黑(CB)作为通用的碳基补强材料与白炭黑(SiO)一起广泛应用于各类橡胶胶料补强中。

石墨烯2是最新发展的新型碳基材料,具有优异的物理性能,引起了学术界和工业界的高度关注。

表4-1给出了石墨烯、碳纳米管、钢铁、塑料、纤维和橡胶的性能对比数据。

石墨烯,作为一种性能出色的橡胶纳米填料,与其衍生物一同被广泛应用于各类石墨烯/橡胶复合材料研究中。

在满足功能性要求的基础上,相关研究主要在以下两个方面提升石墨烯/橡胶复合材料性能:(1)提高石墨烯及其衍生物在橡胶基体中的分散程度;(2)增强石墨烯及其衍生物结构与橡胶基体之间的界面相互作用。

表4-1 石墨烯,碳纳米管,纳米尺寸钢和聚合物的部分性能了大量的研究成果,在材料、工艺、检测手段等方面也开辟了很多新的研究方向。

其发展历程、历史定位与发展基础已被为数众多的综述所记录。

本章将从石墨烯/橡胶复合材料应用的橡胶基体及典型应用出发,综述其制备及功能改性、结构、性能、相关测试方法及其应用方面的研究进展。

石墨烯复合材料的制备、表征及性能

石墨烯复合材料的制备、表征及性能

石墨烯复合材料的制备、表征及性能郝丽娜【摘要】石墨烯属于一种二维晶体结构,它是由碳原子紧密堆积而成,其中有富勤烯、石墨以及碳纳米管等基本单元,这些都是碳的同位异形体.石墨烯在力学领域、电学领域、热学领域以及光学领域等都发挥出其优越的性能,因此,这一复合材料在当今已经成为了科学领域和物理学领域之中研究的焦点.对石墨烯复合材料的制备、表征以及性能进行分析,希望可以对石墨烯的应用与研究起到一定的帮助.%Graphene belongs to a two-dimensional crystal structure,which is formed by the close packing of carbon atoms.There are basic units such as rich olefins,graphite and carbon nanotubes,which are allomorphs of carbon.Graphene has exerted its superior performance in various fields such as mechanics,electricity,heat,and optics.Therefore,this composite material has become the focus of research in the fields of science and physics.This paper is to analyze the preparation,characterization and performance of graphene composites,and hope to help the applicationand research of graphene.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2019(045)009【总页数】2页(P128-129)【关键词】石墨烯复合材料;制备;表征;性能【作者】郝丽娜【作者单位】齐齐哈尔工程学院,黑龙江齐齐哈尔 161005【正文语种】中文【中图分类】TB332 ;TM53因为石墨烯所具有的二维晶体结构是比较特殊的,所以其纵横比很高、电子迁移率也很高,这就使得石墨烯在储能领域之中的应用前景十分广泛。

石墨烯PVDF复合材料的制备及其性能探讨

石墨烯PVDF复合材料的制备及其性能探讨

2020年第19卷第12期石墨烯/PVDF复合材料的制备及其性能探讨□狄莹莹【内容摘要】通过熔融模压法制备以聚偏氟乙烯(PVDF)树脂和石墨烯为基体和填料的PVDF/石墨烯复合材料,具有较好的热、电性能。

通过改变石墨烯含量和添加助剂,研究其对复合材料电性能、热性能的影响。

对不同条件下制备得到的样品进行性能测试和表征后,对比数据结果和微观照片可知,电性能参数(介电常数和体积电阻率)与导热系数均与石墨烯含量成正比,且参数变化有突变现象;添加助剂能有效促进石墨烯在PVDF基体中的均匀分散,合适的助剂体系能显著提高复合材料的性能。

【关键词】熔融模压法;聚偏氟乙烯;助剂;石墨烯;复合材料;材料性能【基金项目】本文为陕西省教育厅专项科研计划项目(编号:19JK0075)研究成果。

【作者简介】狄莹莹(1985 ),陕西工业职业技术学院财经与旅游学院讲师;研究方向:高分子材料在电性能和热性能方面,聚偏氟乙烯(PVDF)比其它聚合物材料更为优异,因此常选用PVDF作为制备导热、导电、介电性能优异的复合材料的基体树脂。

近年来不断引起大众关注的石墨烯是一种新型二维纳米材料,具有优异的热性能和电性能。

以石墨烯为填料的复合材料相关的研究近年来不断取得进展,如通过化学改性法处理石墨烯,改善了其易发生团聚的特性,使其能更好地在聚合物基体中均匀分散。

不同于传统的填料材料,石墨烯独特的纳米结构能满足PVDF对填料填充量的需求,提高材料的性能。

目前实验室制备PVDF/石墨烯复合材料主要采用溶液共混工艺和原位聚合法,该制备方法的工业应用受到溶剂的使用量、成本、环境污染等问题的阻碍。

本文采用熔融模压法制备石墨烯/ PVDF复合材料,研究制备配方中助剂和石墨烯含量的变化对制备得到的石墨烯/PVDF复合材料热、电性能的影响,以促进制备该类复合材料的技术发展并推广,提升其科研和市场价值。

一、实验部分(一)主要原料与试剂。

1.基体。

聚偏氟乙烯(PVDF,301F),购自美国苏威公司。

石墨烯复合材料的制备、性能与应用

石墨烯复合材料的制备、性能与应用

石墨烯复合材料的制备、性能与应用摘要:纳米科学技术是当今社会科学中一个重要的研究话题。

它是现代科学技术的重要内容,也是未来技术的主流。

是基础研究与应用探索紧密联系的新兴高尖端科学技术。

石墨烯具有独特的结构和优异的电学、热学、力学等性能,自从2004年被成功制备出来,一直是全世界范围内的一个研究热点。

由于石墨烯具有巨大的表面体积比和独特的高导电性等特性,石墨烯及其复合材料在电化学领域中有着诱人的应用前景,因此,石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的研究是石墨烯材料研究的一个重要领域。

综述了石墨烯与石墨烯复合材料的制备及其在超级电容器、锂离子电池、太阳能电池、燃料电池等电化学领域中应用的研究现状,展望了石墨烯材料的制备及其在电化学领域应用的未来发展前景。

关键词;复合材料纳米材料石墨烯正文;一,石墨烯复合材料的制备石墨烯是2004年才被发现的一种新型二维平面复合材料,其特殊的单原子层决定了它具有丰富而新奇的物理性质。

研究表明,石墨烯具有优良的电学性质,力学性能及可加工性。

石墨烯复合材料的制备是石墨烯研究领域的一个重要的课题,如何简单,快速,绿色地制备其复合材料,而又采用化学分散法大量制备氧化石墨烯,并采用直接共混法制备氧化石墨烯/酚醛树脂纳米复合材料。

通过AFM、SEM、FT-IR、TG等对其进行表征,结果表明,氧化石墨烯完全剥离,并在基体中分散均匀,而且两者界面相容性好,提高了复合材料的热稳定性。

通过高温热处理使复合材料薄膜在兼顾形貌的同时实现导电,当氧化石墨烯含量为2%(质量分数)时,其导电率为96.23S/cm。

采用原位乳液聚合和化学还原法制备了石墨烯和聚丙乙烯的复合材料。

研究表明PS微球通过公家方式连接到石墨烯的表面。

通过PS微球修饰后的石墨烯在氯仿中变现良好的分散性。

制备的复合材料具有优良的导电性,同时PS的玻璃化温度的热稳定性得到了提高。

本研究所提出的方法具有环境友好高效的特点,渴望被采用到其他聚合物和化合物来修饰石墨烯。

微晶石墨烯高分子复合材料制备及性能分析

微晶石墨烯高分子复合材料制备及性能分析

微晶石墨烯高分子复合材料制备及性能分析摘要:天然橡胶是高分子材料中最常见的材料之一,其氧指数仅为17,具有较强的易燃特性,且燃烧时会释放数量众多的黑烟,完善其阻燃性是维持天然橡胶长期使用的重要保证。

无机阻燃填料一般要具备极大的填充量才能符合日常阻燃需求,经济适用性较差。

在聚合物内添加微量有机蒙脱土,不但可以完善聚合物基体力学性能、气体阻隔性与耐溶解性,在材料的耐热与阻燃方面也得到极大提升,拥有很强的阻燃性与燃烧自熄性,改进了传统卤素阻燃剂不足,达到清洁生产与环境友好目的。

关键词:微晶石墨烯;高分子;复合材料制备;性能分析引言这种复合物由分散在气质和气质中的本体组合物组成。

不同的材料可以让对方弥补对方的不足,进一步凸显优势。

复合材料的组合性能比单个原始材料好得多,复合材料是可以设计的,可以根据国防、交通、医疗等各个领域的要求设计各种复合材料组合,满足各种应用领域的要求。

高分子材料的天然聚合物可以用于复合材料的研究,天然高分子材料属于可再生材料,可以生物降解,因此可以广泛应用。

目前工业上经常选择纤维素、淀粉等作为高分子材料。

微晶石墨烯是目前广泛使用的强化相材料,不仅提高了源材料的拉伸性能,而且具有一定的导电性。

一、石墨烯的优势1.1石墨烯是所有碳同素异形体的基本单元,分析石墨烯具有代表性当积累石墨烯规则时,形成多层或多层石墨烯纳米线。

不同炭黑含量由石墨烯的随机堆积而成。

石墨烯层被包裹在一起形成碳纳米管。

因此,石墨烯具有不同碳同位素形式的一些固有特性。

其次,石墨烯的研究也可为其他碳物质的研究提供参考。

1.2石墨烯表面性能优异研究表明,填充物/橡胶界面相互作用对橡胶性能起着决定性作用,填充物表面良好的性能促进了界面相互作用。

对不同几何形状的碳纳米填充材料表面进行了比较,结果表明石墨烯的表面积和表面褶皱性能较高,可以吸收更多摩擦产生的能量。

因此,石墨烯的强化效果更加明显。

二、微晶石墨烯高分子复合材料制备2.1液相剥离法液相剥离法是一种先将石墨分散在有机溶剂中,然后用超声波[23.241]制得单层或多层石墨烯的方法。

石墨烯橡胶基复合材料的制备方法

石墨烯橡胶基复合材料的制备方法

石墨烯橡胶基复合材料的制备方法目前石墨烯/橡胶导电复合材料的制备方法主要包括溶液共混法、胶乳共混法、机械混炼法等。

一、溶液共混法溶液混合法是实验室制备聚合物基纳米复合材料常用的方法。

具体步骤是将石墨烯片层或者是石墨烯衍生物的胶体悬浮液与目标聚合物基体混合在一起;聚合物可以单独溶解在溶剂中,也可以溶解在石墨烯片的悬浮液中。

接着将目标聚合物的不良溶剂加入该悬浮混合液中,结果包裹着填料的聚合物的分子链会发生沉降作用,而后沉降复合物经过提纯和干燥及进一步的处理就可以进行相关实验或应用。

此外,也可以将石墨烯/聚合物复合溶液中的溶剂直接挥发掉,但是研究表明,该种方法中由于溶剂挥发速率较慢,可能会发生石墨烯聚集现象,最终降低复合材料的性能。

Ashwin等报道了通过溶液涂覆法制备石墨烯/橡胶纳米复合材料。

具体工艺是将TrGO与NBR溶于二甲苯形成均匀的浆状物,然后将该溶液涂覆于铝板上,形成2~3mm厚的橡胶混合物,最后在空气中固化24h得到石墨烯/橡胶复合材料。

图4-1 石墨烯/橡胶复合材料的SEM图像采用溶液共混法制备石墨烯/橡胶复合材料时,石墨烯能够理想地被剥离并均匀分散于橡胶基体中,但该方法也有很多局限性,如石墨烯及其衍生物一般很难与橡胶基体同时分散于共同的溶剂中,如三氯甲烷、甲苯等,因此需要对其进行改性处理,但是化学改性又会影响石墨烯的导电性;此外,大量使用有机溶剂造成环境污染且成本大,与目前的环保趋势不符;橡胶硫化配合剂也很难通过溶液共混加入;另外,有研究表明,溶剂小分子极易进入并紧密吸附到石墨烯片层间,很难将其完全脱除,这为通过溶液共混法制备高性能复合材料带来了困难。

胶乳共混法可以避免这些缺点。

二、胶乳共混法胶乳共混法是首先将石墨烯或者GO分散在水相中,接着再与橡胶胶乳混合,搅拌均匀后进行破乳、干燥、硫化得到石墨烯/橡胶复合材料。

该方法无溶剂引入、污染小,工艺相对简单。

Li等通过在天然橡胶乳液中原位还原氧化石墨烯制备了石墨烯(GR)填充改性天然橡胶(NR),工艺路线见图4-2。

绿色轮胎用功能化石墨烯天然橡胶复合材料的制备与性能研究

绿色轮胎用功能化石墨烯天然橡胶复合材料的制备与性能研究

橡 胶 工 业CHINA RUBBER INDUSTRY258第68卷第4期Vol.68 No.42021年4月A p r.2021绿色轮胎用功能化石墨烯/天然橡胶复合材料的制备与性能研究张利召,刘亚青,赵贵哲,张志毅*(中北大学 纳米功能复合材料山西省重点实验室,山西 太原 030051)摘要:氧化石墨烯(GO )先用促进剂CBS 改性,再用水合肼还原制备水合肼和促进剂CBS 共改性GO (H -C -GO ),研究绿色轮胎用功能化石墨烯/天然橡胶(NR )复合材料的性能。

结果表明:水合肼和促进剂CBS 共改性的H -C -GO 的团聚显著减少且与橡胶之间的相容性较好;H -C -GO /NR 复合材料具有比GO /NR 复合材料或水合肼还原GO /NR 复合材料更高的拉伸强度、更好的抗湿滑性能和更低的滚动阻力。

关键词:改性氧化石墨烯;功能化;天然橡胶;复合材料;绿色轮胎;拉伸强度;抗湿滑性能;滚动阻力中图分类号:TQ331.2;TQ330.38+3 文章编号:1000-890X (2021)04-0258-05文献标志码:A DOI :10.12136/j.issn.1000-890X.2021.04.0258石墨烯片是单原子厚度的二维碳材料,由于其超大的比表面积、非凡的电子传输性和力学性能而备受关注。

然而,为实际应用大规模生产单个石墨烯片一直是重大挑战。

迄今为止,已经开发了几种方法,包括化学气相沉积、石墨液相剥离以及将溶液中的氧化石墨烯(GO )化学还原制备单个石墨烯片[1-2]。

水合肼由于还原效率高而被广泛应用在GO 还原为单个石墨烯片的生产中。

然而,水合肼具有极强的爆炸性和毒性,在实际生产中应减小用量或避免使用。

目前,寻找同样有效但无毒且安全的还原剂以将GO 还原为石墨烯 片[3-4]成为该领域的研究重点。

众所周知,许多胺衍生物是弹性体复合材料不可或缺的添加剂,一般作为老化剂或促进剂使用[5-6]。

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88632425,E-mail:zhaoxy66@126.com
第 6期
闫思梦等:石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
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大多数传统的抗氧化剂分子量较低,并且容易迁移 到橡胶材料的表面,导致抗氧化效率出现明显的下 降[8]。为了克服这些缺点,可以通过将低分子量的 抗氧化剂接枝到有机聚合物链和无机填料上,制备 一种抗迁移性抗氧化剂。其中,以石墨烯为基体的 抗氧化剂具有良好的效果。
3.HebeiAeronauticalLightweightCompositeEngineeringLaboratory,Shijiazhuang050018,China)
Abstract:Theresearchprogressofgraphenebasedrubbercompositesathomeandabroadinrecentyears isreviewed,includinggraphene/naturalrubbercomposites,graphene/NBR composites,graphene/styrene butadienerubbercomposites,graphene/siliconerubbercomposites,graphene/butylrubbercompositesand graphene/isoamylrubbercomposites.Atthesametime,theproblemsencounteredinthepreparationand applicationofgraphenebasedrubbercompositesareanalyzedandsummarized.Thedevelopmentofgreen andlowcostpreparationandpurificationtechnologyforhighqualitygrapheneandimprovingtheeffective dispersioneffectofgrapheneinrubberwillbethekeytechnicalproblem tobesolvedinthefuture. Keywords:rubber;graphene;graphenerubbercomposite;composites
收稿日期:20180806 修改稿日期:20180821 基金项目:河北省科技支撑计划项目(18211232D) 作者简介:闫思梦(1993-),女,河北石家庄人,河北科技大学在读硕士,师从赵雄燕教授,研究方向为石墨烯基橡胶复合
材料的制备及性能研究。电话:15512172203,E-mail:2564027774@qq.com 通讯联 系 人:赵 雄 燕,男,河 北 丰 润 人,教 授,博 士,从 事 高 性 能 高 分 子 材 料 及 精 细 化 工 材 料 的 研 究。电 话:0311-
摘 要:综述了近年国内外石墨烯基橡胶复合材料的研究进展,主要包括石墨烯 /天然橡胶复合材料、石墨烯 /丁腈 橡胶复合材料、石墨烯 /丁苯橡胶复合材料、石墨烯 /硅橡胶复合材料、石墨烯 /丁基橡胶复合材料和石墨烯 /异戊橡 胶复合材料。同时对石墨烯基橡胶复合材料在制备和应用过程中遇到的难题进行了分析和总结。开发高质量石 墨烯的绿色环保低成本制备和提纯技术以及提高石墨烯在橡胶中的有效分散效果将是今后该领域亟待解决的关 键技术问题。 关键词:橡胶;石墨烯;石墨烯橡胶复合材料;复合材料 中图分类号:TQ330.7 文献标识码:A 文章编号:1671-3206(2019)06-1474-05
第 48卷第 6期 2019年 6月
应 用 化 工 AppliedChemicalIndustry
Vol.48No.6 Jun.2019
石墨烯基橡胶复合材料的制备与性能
闫思梦1,王鑫1,郄旭东2,张晓斌2,赵雄燕1,3
(1.河北科技大学 材料科学与工程学院,河北 石家庄 050018;2.石家庄贝克密封科技股份有限公司, 河北 石家庄 050000;3.河北省航空轻质复合材料工程实验室,河北 石家庄 050018)
1 石墨烯基橡胶复合材料制备与性能
1.1 石墨烯 /天然橡胶复合材料 天然橡胶 (NR)因其优异的柔韧性、强度和电
绝缘性而广泛应用于各种领域中。然而,由于不饱 和双键和活性烯丙基氢的存在,在储存和使用过程 中 NR不可避免地会经历聚合物链断裂、含氧基团 的形成等反应,严重地破坏 NR的物理和机械性能, 甚至使 NR失去使用价值[45]。因此,对于 NR及其 产品来说,抑制或减缓老化过程,延长使用寿命是非 常重要的。通常,最有效的方法是将商业抗氧化剂 包括芳香胺和受阻酚添加到橡胶材料中[67]。但是
石墨烯作为一种性能优异的新型材料,从发现、 科学研究 到 产 业 化 应 用 发 展 极 为 迅 速[12],特 别 是 其作为填料在制备高性能橡胶复合材料领域的应用 更是日新月异。与传统的橡胶填料如炭黑、白炭黑 和滑石粉等相比,石墨烯可以在较低添加量的条件 下,使橡胶的抗静电性、导电性、气体阻隔性、抗冲击 性和承载 性 等 性 能 大 幅 提 升[3]。 本 文 较 系 统 地 综 述了近年石墨烯基橡胶复合材料的研究进展,特别 重点介绍了石墨烯基橡胶复合材料的结构与性能的 关系。并对复合材料制备过程中存在的问题进行了 分析与总结。
Preparationandpropertiesofgraphenebasedrubbercomposites
YANSimeng1,WANGXin1,QIEXudong2,ZHANGXiaobin2,ZHAOXiongyan1,3
(1.ColleΒιβλιοθήκη eofMaterialScienceandEngineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology, Shijiazhuang050018,China;2.ShijiazhuangBeikeSealingTechnologyCo.,Ltd.,Shijiazhuang050000,China;
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