热塑性聚氨酯/功能化石墨烯纳米复合材料的制备与性能研究

摘要

热塑性聚氨酯（TPU），是一种极性较强的热塑性弹性体，可以通过其结构与组成的设计，实现其性能的变化，且它与碳系材料具有良好的亲和力，能够制备结构和性能优异的复合材料。TPU基导电复合材料的制备及应用研究愈加受到人们的关注。为了制备高性能的导电复合材料，本文以TPU为基体，功能化修饰的石墨烯为主要改性剂，采用溶液浇注与热压成型工艺制备了TPU/石墨烯复合材料，并分析了石墨烯对复合材料的导电性能、热稳定性能、结晶与熔融行为以及拉伸-电阻敏感性的影响。
　　首先，将冷冻干燥的氧化石墨烯（GO）用十八烷基胺（ODA）功能化修饰，得到功能化石墨烯（GO-ODA），进一步将GO-ODA用水合肼还原得到还原程度更高的石墨烯（ODA-G）。利用原子力显微镜（AFM）、傅立叶变换红外光谱（FTIR）、热失重（TGA）、X射线衍射（XRD）及四探针等手段表征了GO，GO-ODA和ODA-G的结构及性能。
　　利用溶液浇注法分别制备 TPU与三种不同填料的纳米复合薄膜，分别为TPU/GO，TPU/GO-ODA和TPU/ODA-G，并研究它们的机械性能及熔融行为。
　　由于上述三种纳米复合薄膜用绝缘电阻仪测试并未表现出导电性，进一步将它们在210 oC热压成型，并对它们的结构和性能等分别进行了研究。
　　（1）通过绝缘电阻仪测试，发现改性后的石墨烯电导率提高，TPU/GO-ODA复合薄膜表现出最好的导电性能，较纯TPU的电导率提高了6-7个数量级。
　　（2）对表现出良好导电性的TPU/GO-ODA和TPU/ODA-G二种复合薄膜进行拉伸敏感行为测试，发现加入GO-ODA的复合薄膜具有良好的可重复性和稳定性。
　　（3）通过TGA和DSC测试发现，GO，GO-ODA和ODA-G的加入，均可提高热塑性聚氨酯的热稳定性和熔融温度，且加入GO-ODA的复合材料热稳定性提高最为显著。
　　（4）通过WAXD和SAXS表征发现，GO，GO-ODA和ODA-G均能在一定程度上诱导热塑性聚氨酯结晶，提高晶体的长周期和片晶厚度，完善晶体结构，且TPU/GO-ODA复合材料表现出最好的晶体完善程度。

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1 绪论

1.1 智能包装概述

1.2 热塑性聚氨酯概述

1.3 改性

1.4 石墨烯概述

1.5 聚合物基石墨烯复合材料概述

1.6 本课题的研究意义与主要内容

2 GO-ODA和ODA-G的制备与表征

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

3 TPU复合材料制备与性能

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文

个人简历

学术论文

致谢