功能化改性还原氧化石墨烯-碳纳米管/热塑性聚氨酯复合材料膜的制备及性能

发布时间：2021-10-13 01:49

　　为提高热塑性聚氨酯（TPU）的阻隔及抗静电性能,首先,向功能化改性还原氧化石墨烯（FRGO）中加入原始碳纳米管（CNTs）,并通过非共价改性制得在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中均匀分散的杂化粒子FRGOCNTs;然后,在涂膜机上通过溶液涂覆法制备了FRGO-CNTs/TPU复合材料膜;最后,利用FTIR、XRD、XPS、FE-SEM、TG、氧气透过仪、高阻计及万能试验机对FRGO-CNTs/TPU复合材料膜的结构和性能进行了表征。结果表明:FRGO与CNTs之间通过π-π共轭作用发挥协同效应,并且所制备的FRGO-CNTs与TPU基体的相容性较好;当FRGO-CNTs含量（以TPU为基准）为2.0wt%时,复合材料膜的热分解温度提高了49℃,氧气透过率下降了53.7%;大比表面积的FRGO与高长径比的CNTs能在TPU基体中构建导电网络;当FRGO-CNTs含量仅为0.8wt%时,FRGO-CNTs/TPU复合材料膜的体积电阻率就能下降7个数量级。与此同时,随FRGO-CNTs含量的增加,复合材料膜的拉伸强度和断裂伸长率均先上升而后下降。 

【文章来源】：复合材料学报. 2016,33(03)北大核心EICSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

图１ＲＧＯ及ＦＲＧＯ的ＦＴＩＲ谱图Ｆｉｇ．１ＦＴＩＲｓｐｅｃｔｒａｏｆＲＧＯａｎｄＦＲＧＯ

图５ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量对ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜断面形貌的影响Ｆｉｇ．５ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎｆｒａｃｔｕｒｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓ图６ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量对ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜ＴＧ曲线的影响Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎＴＧｃｕｒｖｅｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜ＴＧ曲线的影响。可见，当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为０时，纯ＴＰＵ膜的热分解温度为３０３℃，并在４８３℃时其质量损失达到最大。随着ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量的增加，ＴＰＵ复合材料膜的热分解温度逐渐提高；当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为１．５ｗｔ％时，热分解温度为３４８℃，与纯ＴＰＵ膜相比提高了４５℃，复合材料膜的热稳定性明显提高。当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为２．０ｗｔ％时，复合材料膜的热分解温度达到最高值３５２℃。其原因可能为一方面ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ自身的芳香共轭结构使得其能捕捉及耦合ＴＰＵ高温分解时产生的自由基，从而有效阻碍了ＴＰＵ分子链的进一步分解［１５］；另一方面，ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ在ＴＰＵ基体中的均匀分散及纳米粒子－基体间的强界面相互作用也会对改善ＴＰＵ热稳定性起到重要作用［１６］。此外，ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／·４９０·复合材料学报

相分离［１７］，从而可以提高复合材料膜的阻隔性能。当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为１．５ｗｔ％时，其氧气透过率为２６６ｃｍ３／（ｍ２·ｄ·Ｐａ），相比纯ＴＰＵ膜下降了４７．１％，可见复合材料膜的阻隔性能得到了明显提高。若继续增加ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量，复合材料膜氧气透过率的下降趋势变缓，并且当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为２．０ｗｔ％时，氧气透过率达到最小值２５６ｃｍ３／（ｍ２·ｄ·Ｐａ），相比纯ＴＰＵ膜下降了５３．７％。图７ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量对ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜氧气透过率的影响Ｆｉｇ．７ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎｏｘｙｇｅｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｒａｔｅｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓ２．７电性能图８为ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量对ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜体积电阻率的影响。可见，当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量小于０．７ｗｔ％时，随ＦＲＧＯ－图８ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量对ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵ复合材料膜体积电阻率的影响Ｆｉｇ．８ＥｆｆｅｃｔｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓｃｏｎｔｅｎｔｏｎｖｏｌｕｍｅｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ／ＴＰＵｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｉｌｍｓＣＮＴｓ含量增加，复合材料膜的体积电阻率下降不明显，变化幅度都在１个数量级之内；而当ＦＲＧＯ－ＣＮＴｓ含量为０．８ｗｔ％时，复合材料膜的体积电阻率为５×１０５Ω·ｃｍ，相对于纯ＴＰＵ膜下降了７个数量级；继续提高


本文编号：3433726