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聚氨酯/石墨导电复合材料的结构与性能表征

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-10-20  来源:中国石墨网  作者:[db:作者]
核心提示:  中国塑料bookmark0聚氨酯/石墨导电复合材料的结构与性能表征许鹏学,潘肇靖,杲云(华东理工大学高分子材料特种加工技术研究室,上海200237观结构。结果发现氧化石墨制备的复合材料中,氧化石墨

  中国塑料bookmark0聚氨酯/石墨导电复合材料的结构与性能表征许鹏学,潘肇靖,杲云(华东理工大学高分子材料特种加工技术研究室,上海200237观结构。结果发现氧化石墨制备的复合材料中,氧化石墨粒子的分布平行规整,长径比更大,石墨粒子与聚氨酯基体的相容性也更好,从而有力地说明了氧化石墨制备的复合材料比天然微粉石墨制备的复合材料的力学性能和电性能更好。

  近年来,有机一无机纳米复合材料的研究成为材料科学领域的热门方向,吸引着众多研究者,这种复合材料不同于传统的复合材料,它既有有机高分子材料良好的力学性能和加工性能,又有无机材料独特的功能性,因此很有希望在光学、电子学、机械、生物学领域取得广泛应用。

  导电聚合物材料是功能材料的一个重要分支。随着电子工业及信息技术等产业的迅速发展,对于具有导电功能的聚合物材料的需求越来越迫切。由于导电聚合物材料具有重量轻、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好以及电阻率在较大范围内可调等特点,因此在防静电、微波吸收、电磁屏蔽及电化学等领域具有广泛的用途。

  利用烘干法对天然微粉石墨的含水量进行了测定,选取20mL容量的坩埚,加入一定量的石墨,在200°C的电阻炉中烘干,每隔一个小时称一次重量,直到质量不再变化为止。结果如表2所示。

  表2天然微粉石墨质量变化表时间A坩埚质量/g坩埚与石墨总量/g石墨质量/g从表2可以看出,石墨在烘干前后的质量发生了一定的变化,烘干前后的质量变化率为14%.从这一结果可以看出,天然微粉石墨的含水量为14%,其含氧量为12.44%,此外,天然微粉石墨也含有少量的含氧官能团,所以天然微粉石墨中氧含量测试结果较高。

  当石墨与浓硫酸和高锰酸钾作用时,石墨首先形成硫酸石墨插层化合物,石墨也受到一定程度的氧化,受高温灼烧后,硫酸石墨插层化合物中的硫酸分子受热膨胀,对石墨的层间产生一定的推动作用,使得石墨层间得到一定的膨胀,这与SEM观察的结果相一致。当石墨层间受热灼烧时,在高温作用下,硫酸分子受热分解成S03气体而挥发掉所以氧化处理后的石墨中不含有S元素,此外,被硫酸和高锰酸钾氧化后的石墨粒子表面的碳原子有很高的活性,在高温下,易与空气中的氧原子发生作用,所以最后形成的氧化石墨的氧元素含量为16.29%,而天然微粉石墨中的氧含量然微粉石墨更强,其与聚氨酯混合时的相容性更好。

  2.3两种复合材料的SEM分析和分别为聚氨酯/天然微粉石墨复合材料和聚氨酯/氧化石墨复合材料的扫描电镜照片,照片中突出的不规则粒子代表石墨粒子,从放大300倍的照片中可以看出,两种石墨制备的复合材料中石墨粒(a)放大聚氨酯/天然微粉石墨复合材料的SEM照片(a)放大聚氨酯/氧化石墨复合材料的SEM照片子基本上均匀分散,但天然微粉石墨制备的复合材料中石墨粒子的排列显得杂乱无章,毫无规律;而氧化石墨制备的复合材料中石墨粒子分布很有规则,粒子之间平行排列。从放大4000倍的照片中可以看出,天然微粉石墨粒子颗粒较大,石墨粒子似乎“漂浮”在聚氨酯基体之上,而氧化石墨粒子的片层已被“剥离”,两片层之间有聚氨酯基体填充,而且石墨粒子与聚氨酯基体之间结合的很紧密,粒子与基体之间看不到任何空隙。

  主要为杂质水的氧含量。因此氧化石墨的极性比天酯z石墨导电复合材料的制备中,氧化石墨与天然石墨复合材料的导电性好坏不仅与填料和基体本身的性质有关,还与填料的形状和在基体中的分散程度密切相关。一般来说,即聚氨酯在拉伸过程中受到石墨片层的界面摩擦作用而吸收断裂功,从而起到增韧的作用,所以其伸长性能更好。

  从表3中还可以看出,氧化石墨制备的复合材料表3两种不同石墨制备复合材料的性能比较号石墨种类石墨含拉伸强断裂伸长100%定伸体积电阻率量/%率/%应力/N 1天然石墨2氧化石墨的导电性要比天然微粉石墨制备的复合材料好,两者体积电阻率相差3个数量级。对石墨粒子而言,石墨粒子的长径比以及在基体中的均匀分散是决定该导电复合材料导电性能好坏的主要原因,因为氧化石墨在与聚氨酯的混合过程中,其片层受到了一定程度的剥离,长径比增大,又其在复合材料中的排列更加规整,所以其制备的复合材料的导电性比天然微粉石墨制备的复合材料要好许多。

  3结论氧化石墨的形貌与天然微粉石墨相比有一定差别,氧化石墨粒子绝大部分呈片状,而天然石墨粒子大部分为颗粒状,氧化石墨的长径比明显增大;两种石墨所含的元素无变化,但氧化石墨表面的氧元素含量更高,极性更强。

  两种石墨制备的复合材料中,氧化石墨在复合材料中排列更加规整,石墨粒子与聚氨酯基体结合更紧密,而天然微粉石墨粒子在聚氨酯基体中分散显得杂乱无章,粒子与聚氨酯的相容性较差。

  氧化石墨制备的复合材料比天然微粉石墨制备的复合材料有更好的断裂伸长率和更好的电性能,这与氧化石墨有更大的长径比及其与聚氨酯基体有更好的相容性有关。

 
 
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