《剛性無機顆粒增韌導電導熱聚合物基納米複合材料研究》是依託北京化工大學，由於中振擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：剛性無機顆粒增韌導電導熱聚合物基納米複合材料研究
- 依託單位：北京化工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：於中振
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
製備同時具有優秀導電導熱等功能性、超高韌性和足夠高剛性等力學性能的聚合物納米複合材料是國民經濟快速發展中迫切需要解決的關鍵科技難題。本項目充分利用1納米厚度石墨烯納米片層的優秀導電導熱特性和巨大比表面積，在儘可能低石墨烯用量下賦予聚丙烯優秀導電導熱性能。以剛性無機納米顆粒碳酸鈣作為增韌劑，通過對納米碳酸鈣表面完全修飾改性和複合加工工藝最佳化，賦予導電導熱納米複合材料超高韌性，避免了橡膠增韌納米複合材料所導致的強度和剛度的過大損失。更有意義的是，納米碳酸鈣顆粒同時起到體積排出作用，將石墨烯和碳納米管在導電導熱納米複合材料中的含量減到最低。比較石墨烯和碳納米管提高聚丙烯導電導熱性能的效率。最終探索出一條製備不僅具有優秀導電導熱等功能性、而且同時具有超高韌性和足夠高剛性的多功能聚合物基納米複合材料的新途徑。本項目的實施和完成必將推動多功能和高力學性能納米複合材料的更廣泛實際套用。
結題摘要
本項目的研究目的在於製備同時具有優秀導電和韌性的聚合物基納米複合材料。採用對氧化石墨烯同時進行還原和表面修飾的方法製備了幾種表面接枝氨基或銀納米顆粒的石墨烯; 通過原位聚合製備了熱穩定性好和導電的尼龍6/石墨烯納米複合材料；通過熔體複合製備了聚丙烯/石墨烯、聚丙烯/碳納米管、聚乙烯/碳納米管、尼龍12/石墨烯、尼龍12/碳納米管、以及尼龍6/炭黑導電納米複合材料；通過溶液共混製備了聚苯乙烯/石墨烯導電納米複合材料。體積排除概念被成功套用於降低聚合物納米複合材料的導電滲濾閾值。由於聚乳酸組分的體積排除作用，它的加入明顯減小了聚苯乙烯/石墨烯導電納米複合材料的滲濾閾值。馬來酸酐接枝的聚乙烯-辛烯橡膠(POE-g-MA)的使用明顯提高了尼龍12/石墨烯導電納米複合材料的韌性、降低了其導電滲濾閾值。聚丙烯/石墨烯和聚丙烯/碳納米管導電納米複合材料分別被三元乙丙橡膠和聚乙烯-辛烯橡膠增韌。通過與POE-g-MA熔體複合，製備出的尼龍12/碳納米管/POE-g-MA和尼龍6/炭黑/POE-g-MA納米複合材料呈現超高韌性和優秀導電性能，POE-g-MA 橡膠起到了增韌和體積排除的雙重作用。使用無機剛性顆粒納米碳酸鈣成功增韌了聚丙烯/碳納米管、聚乙烯/碳納米管、以及聚乙烯/炭黑導電納米複合材料。隨著納米碳酸鈣含量增加，納米複合材料的缺口衝擊強度和導電率都明顯提高。在衝擊破壞過程中，納米複合材料基體發生顯著塑性屈服是衝擊能量耗散的主要機理。本研究的新意在於：無論納米碳酸鈣還是橡膠都起到了增韌和體積排除的雙重作用，從而賦予了聚合物基納米複合材料高的韌性和導電性能。基於本項目研究，已經發表國際學術期刊論文14篇，申請中國發明專利3項，參加學術交流會議6次，培養5名博士研究生和9名碩士研究生。
