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石墨烯(Graphene)自2004年被发现以来,由于其具有优异的性能而引起了广泛的关注,而石墨烯在聚合物纳米复合改性中的应用研究是其最重要的热点之一。近年来大量研究结果表明,通过对石墨烯表面进行功能化,再与聚合物基体进行复合得到的聚合物基纳米复合材料,性能上较纯基体有显著的改善。但是石墨烯改性聚合物还有两个问题有待解决:一、石墨烯在聚合物中的分散问题,二、石墨烯与聚合物之间的界面结合强度问题。本文分为四个部分:第一部分制备了石墨微片/聚丙烯(PP)复合材料。具体而言,先分别采用插层还原法制备膨胀石墨微片(EG)、热还原法制备石墨烯微片(T-rGO)及化学还原法制备石墨烯微片(C-rGO),再了利用这三种石墨微片分别与PP熔融共混制备了 PP/EG、PP/T-rGO和PP/T-rGO复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究了填料的表面结构及性质。用SEM、电子万能拉伸试验机、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析仪(TG)分析了复合材料的微观形貌、力学性能及热学性能。XRD和SEM分析表明:三种不同的处理方法对石墨微片的层间距大小顺序为:C-rGO>T-rGO>EG,化学还原法制备的石墨烯微片(C-rGO)的剥离程度最彻底。拉伸性能分析表明:PP/C-rGO复合材料的拉伸强度在C-rGO的含量为0.3wt.%时达到了 37.3MPa,比纯PP、PP/EG和PP/T-rGO 复合材料分别提高了 24%、30%和 65.7%。DSC 分析表明:PP/EG、PP/C-rGO及PP/T-rGO复合材料的结晶度较纯PP都有所提高,当石墨微片的含量为0.1wt.%时,PP/C-rGO的结晶度达到了 46.9%,较纯PP提高了 3.3%。结晶温度和熔融温度分别为110.8℃和164.9℃,较纯PP略有提高;TG分析表明:当加入0.1 wt.%石墨微片后,PP/EG、PP/T-rGO及PP/C-rGO的起始分解温度分别为451.5℃、447.1℃和444.9℃;而最大分解温度分别为454.3℃、463.6℃和462.7℃,都较纯PP有所提高。第二部分制备了石墨烯/纳米二氧化硅/PP纳米复合材料。具体而言,先分别通过三种不同的方法利用纳米二氧化硅修饰氧化石墨烯:(1)水热法制备了(HGS)、(2)溶胶-凝胶法制备了(SGS)、(3)原位接枝法制备了(GOS)。再通过熔融共混制备PP/HGS、PP/SGS及PP/GOS纳米复合材料,其中,三种填料的含量分别为0 wt.%,0.1 wt.%,0.3 wt.%,1 wt.%和2 wt.%。然后对所得三种复合材料的微观形貌、力学和热学性能进行了测试研究。拉伸和冲击性能测试分析表明:当三种纳米二氧化硅/石墨烯杂化材料的含量分别为0.1wt.%时,PP/HGS、PP/SGS及PP/GOS纳米复合材料的拉伸强度分别为 37.86MPa、38.89MPa 和 36.94MPa,分别较纯 PP 提高了 25.9%、29.3%和 22.8%;冲击强度分别为5.6kJ/m2、7.6 kJ/m2及7.7 kJ/m2,分别较纯PP提高了 22.6%、66.4%和68.6%。SEM分析表明:当填料含量较低时,能在基体中均匀分散,而含量过高则容易团聚。第三部分制备了石墨烯/丁苯橡胶(SBR)/聚丙烯(PP)复合材料。具体而言,首先制备了 SBR/PP二元复合材料,确定了较佳的SBR含量。再向SBR/PP二元复合材料中加入还原性能最好的石墨烯填料C-rGO(见第二章),最后通过熔融共混制备出PP/SBR/C-rGO复合材料。对PP/SBR二元复合材料进行力学性能表征发现:当SBR含量为10 wt.%时,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为28.75MPa和7.86kJ/m2。固定SBR 的含量为 10 wt.%,C-rGO 填料的含量分别为 0 wt.%,0.25 wt.%,0.5 wt.%,1 wt.%和2 wt.%,制备了 PP/SBR/C-rGO三元纳米复合材料。研究结果表明:当C-rGO的含量为0.5 wt.%时,PP/SBR/C-rGO复合材料的拉伸强度和冲击强度分别为31.05MPa和8.6 kJ/m2。与PP/SBR复合材料相比,分别提高了 8%和9.4%;而与纯PP相比,虽然拉伸强度改善不明显,但冲击强度提高了 88.35%。动态力学分析(DMA)表明:复合材料的储能模量得到了提高,并且损耗模量峰值也向高温方向移动。第四部分制备了石墨烯/埃洛石纳米管(HNTs)/PP纳米复合材料。具体方法如下:利用鞣酸(TA)修饰石墨烯(GO),再与埃洛石纳米管(HNTs)制备杂化填料(HNTs-TAG),HNTs-TAG 填料含量分别占整体的 0 wt.%,0.25 wt.%,0.5 wt.%,1 wt.%,2 wt.%,再与PP复合制备了 PP/HNTs-TAG纳米复合材料。研究结果表明:当HNTs-TAG含量为0.5wt.%时,纳米复合材料的拉伸强度和冲击强度上升到35.34MPa和8.24 kJ/m2,较纯PP提高了 17.5%和180%;DSC测试表明:复合材料的熔融温度和结晶温度都较纯PP有所提高,当HNTs-TAG含量为0.5wt.%时,熔融温度和结晶温度分别为114.9℃和164.9℃,较纯PP分别提高了 6.1℃和1.9℃。SEM显示:当HNTs-TAG含量较低时,填料在基体中分散均匀,过多则团聚。