基于石墨烯材料的防静电材料的制备与研究

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碳做为生命体构成的最基本元素之一,一直以来都是人类材料科学研究的主干。而聚合物材料由于成本低廉、原材料来源广泛、成型易加工等优势,既而成为人类继钢铁、木材、水泥之后的第四大类材料,广泛的应用于建筑业、农业、制造业(汽车、船舶)、国防建设、日常生活等领域。但聚合物材料大部分是电和热的绝缘体,因此限制了其在某些领域的应用,如精密电子包装、化工原料防静电等领域的应用。为此,通过给聚合物中添加一定量的导电材料,提高聚合物的电导率,使材料本身可以逸散因静电而产生的电子成为材料科学界的研究热门。提高聚合物抗静电性能的方法具体有两种方法:一种是将抗静电剂涂覆和添加在聚合物表面,从而提高聚合物表面的导电性能,使聚合物具有抗静电性能。另一种是将导电粒子填充到聚合物基体中而使聚合物具有一定的导电性能。第一种方法由于抗静电剂容易脱落而无法长时间保持抗静电效果。第二种方法一直是科技研究的重点,已有的研究主要是因为添加量大而影响材料的外观和加工性能。本文通过化学氧化法制备氧化石墨,再将氧化石墨运用快速热膨胀及超声剥离处理得到石墨烯,并将制备的石墨烯添加到HDPE中来改善HDPE材料的导电性能。首先通过化学氧化及后处理法制备填充材料石墨烯,对反应过程中的中间产物氧化石墨的测试分析,通过对比反应过程中间产物氧化石墨性能的测试分析以及制备过程工艺参数变化,确定制备石墨烯的最优工艺参数。再以最优的工艺参数制备石墨烯。并对石墨烯的性能表征分析。因石墨烯具有自行聚集的缺点可以将单质银通过银镜反应引入石墨烯材料中制备氧化石墨烯/Ag纳米复合材料,通过XRD表征分析,判断单质银的引入对石墨烯的堆聚的抑制作用,通过分析得出抑制效果很明显。也可以将石墨烯通过溶解法分散在HDPE中,通过SEM表征观察HDPE/石墨烯母料的微观形态。再利用双螺杆挤出机加工制备不同百分含量的HDPE/石墨烯复合材料,通过平板硫化机以及注塑机加工成型标准测试样并利用挤出吹塑机吹膜,测试复合材料的电学、力学及热学等性能。通过红外光谱,X衍射光谱以及拉曼光谱等对中间产物氧化石墨以及最终产物石墨烯进行结构表征。通过SEM、TEM图观察过程中各个产物的微观形貌。通过测试复合材料的电阻率,导热系数以及其力学性能。研究随着填充料百分含量的增加和复合材料性能的变化,结果显示,当石墨烯的添加量为3%(本文中均表示质量分数)时,复合材料的体积电阻率从1016-1018cm下降了几个数量级,达到了1010cm,对比石墨填料的百分比含量对复合材料各个性能的影响。分析得到的防静电HDPE/石墨烯复合材料在很少的填充量时,复合物就表现出很好的物理化学特性。最后通过挤出吹膜机吹膜制备出LDPE、LLDPE和HDPE复合薄膜,测试复合薄膜的表面电阻率,对比相同添加量时复合材料的导电性能,突显石墨烯导电填充的优势并测试石墨烯的加入对复合薄膜材料的力学性能的影响。
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