论文部分内容阅读
石墨烯具有优异的力学性能、热学性能和电学性能，可作为一种理想的填料来制备聚合物复合材料。然而，如何改善石墨烯在聚合物中的分散以及其与聚合物的界面相互作用仍是当今尚待解决的问题。本文围绕这些问题，对石墨烯进行改性，并系统研究了石墨烯对橡胶复合材料结构和性能的影响。通过改进的Hummers法制备氧化石墨烯（G-O），再采用溶液共混和机械共混相结合的方法制备了三元乙丙橡胶（EPDM）/石油树脂（PR）/G-O复合材料。G-O在EPDM和EPDM/PR共混物中均匀分散，可能归因于EPDM与G-O匹配的表面能以及低界面能。0.5wt%G-O的加入使EPDM的断裂伸长率、拉伸模量、拉伸强度分别提高了30%、130%和50%。加入少量的G-O提高了EPDM和EPDM/PR共混物的阻尼性能，提供了一种制备阻尼材料的新方法。利用Cu2+的配位能力，通过溶液共混制备出均匀分散、高性能和可解交联的丁腈橡胶（NBR）/G-O/CuSO+4复合材料。Cu2既能通过G-O的含氧官能团来连接G-O，也能通过与腈基的配位作用交联NBR。用CuSO4配位交联NBR的活化能低于用过氧化二异丙苯共价交联NBR的活化能。同时，Cu2+的配位作用改善了G-O和NBR的界面相互作用。加入CuSO4能显著提高NBR/G-O复合材料的力学性能，其拉伸强度增加了4倍以上。热溶剂可使NBR/G-O/CuSO4复合材料发生解交联，二次交联的复合材料还能保持较好的力学性能。采用十八烷基胺（ODA）接枝改性G-O，并用维生素C（L-AA）还原的方法制备了ODA改性的石墨烯（G-ODA）。原子力显微镜，红外光谱和X射线衍射测试表明ODA成功接枝到G-O上。通过溶液共混制备了不同丙烯腈含量（AN=19%、29%和41%）的NBR/G-ODA复合材料。ODA能改善NBR/G-O的悬浮液的稳定性。在NBR（19%和41%AN）/G-ODA复合材料中，随着G-ODA用量的增加，拉伸强度增加，而NBR（29%AN）的力学性能变化不显著。通过溶液氧化法以碳纳米管（CNT）为前驱体制备了氧化石墨烯纳米带（GONR）。GONR能提高极性橡胶的力学性能，包括羧基丁苯胶乳（XSBRL）、氢化羧基丁腈橡胶和乙烯醋酸乙烯酯橡胶。利用L-AA原位还原XSBRL/G-O/GONR复合材料制备XSBRL/石墨烯纳米片（GNS）/石墨烯纳米带（GNR）复合材料。GNS显著提高了XSBRL的导电性能，逾渗阈值在13wt%。当GNS的用量为3wt%时，XSBRL的体积电导率提高了9个数量级。XSBRL/GNS（100/5）复合材料具有高的介电常数和介电损耗，其最低反射率达到-39.7dB，是一种很好的吸波材料。GNS、CNT、GNR、GNS/CNT和GNS/GNR复合填料能提高XSBRL的导热性能，其中GNS效果最显著，10wt%GNS使XSBRL的导热系数提高了93%。