聚氨酯/石墨烯纳米复合材料合成与性能研究

摘要

2004年，曼彻斯特大学的Geim等人首次成功运用“胶带法”机械剥离出了可稳定存在的单片层石墨，即石墨烯。这种新型的碳材料片层厚度只有1nm左右，并很快凭借着其丰富的来源、低廉的成本、优异的性能和其在材料、电子、信息、能源以及生物医药等领域的重大的应用前景，吸引了大批科研人员对其展开研究工作，掀起了21世纪的一场新的技术革命。
　　 聚氨酯，是一种特殊的合成材料，是由多异氰酸酯与多羟基化合物加聚而成，其单体材料配方多种多样，可通过选择不同种类以及不同配比的的多异氰酸酯以及多元醇来进行反应，可调范围大，其中硬段含量对聚氨酯的结构和性能均有较大的影响。本文的研究内容主要如下:
　　 1、选用石墨烯和空心玻璃微球为填料，分子量为2000的聚己二酸-1，4-丁二醇酯( PBA2000)和分子量为2000的聚氧化丙烯多元醇( PPG2000)为混合型多元醇，选择甲苯二异氰酸酯(TDI)为多异氰酸酯，3，3′-二氯-4，4′-二氨基二苯基甲烷(MOCA)为作为扩链剂，采用在溶剂（二氯甲烷）中原位聚合的工艺手段，制备出了一系列不同硬段含量的聚氨酯/石墨烯两相纳米复合材料以及聚氨酯/石墨烯/空心玻璃微球三相复合材料。
　　 2、讨论了硬段含量的不同、石墨烯的加入对聚氨酯/石墨烯两相复合材料微观性能、导电性、热稳定性、邵氏硬度以及尺寸稳定性等的影响。结果表明:石墨烯的加入对低硬段含量复合材料结晶性的影响较高硬段含量复合材料要大且使聚氨酯复合材料的微相分离程度变小;
　　 3、进一步讨论了硬段含量、石墨烯含量和空心玻璃微球的加入对聚氨酯/石墨烯/空心玻璃微球三相复合材料导电性、热稳定性、邵氏硬度以及尺寸稳定性等的影响。
　　 结果表明:空心玻璃微球进一步的提高了复合材料的导电性，对复合材料的热稳定性没有不良影响，同时提高了邵氏硬度以及尺寸稳定性。

目录

声明

学位论文数据集

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 石墨烯概述

1．2．1 石墨烯(Graphene)的结构

1．2．2 石墨烯的性能

1．2．3 氧化石墨(Graphite Oxide，GO)

1．3 聚氨酯材料概述

1．3．1 聚氨酯材料的发展历史简述

1．3．2 聚氨酯弹性体的结构特征

1．3．3 各原料对聚氨酯性能的影响

1．3．4 聚氨酯弹性体的性能与应用

1．4 石墨烯/聚合物纳米复合材料概述

1．4．1 石墨烯/聚合物复合材料的制备

1．4．2 石墨烯/聚合物复合材料的性能

1．5 本实验的研究内容和主要目标

第二章 聚氨酯/石墨烯两相复合材料的制备及性能研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料及仪器

2．2．2 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的制备

2．3 两相复合材料测试与表征

2．3．1 两相复合材料的结构表征

2．3．2 两相复合材料的性能测试

2．4 结果与讨论

2．4．1 石墨烯以及石墨烯/聚氨酯两相复合材料的形貌表征

2．4．2 石墨烯相关材料以及石墨烯/聚氨酯两相复合材料的X-射线衍射

2．4．3 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的导电性分析

2．4．4 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的差示量热分析

2．4．5 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的热稳定性分析

2．4．6 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的邵A硬度分析

2．4．7 石墨烯/聚氨酯两相复合材料的尺寸稳定性分析

第三章 聚氨酯/石墨烯/空心玻璃微球三相复合材料的制备及性能研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料与仪器

3．2．2 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料的制备

3．3 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料测试与表征

3．3．1 扫描电子显微镜

3．3．2 导电性能测试

3．3．3 邵A硬度测试

3．3．4 尺寸稳定性测试

3．4 结果与讨论

3．4．1 聚氨酯/石墨烯/空心玻璃微球三相复合材料的形貌表征

3．4．2 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料的导电性分析

3．4．3 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料的邵A硬度分析

3．4．4 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料的尺寸稳定性分析

3．4．5 石墨烯/空心玻璃微球/聚氨酯三相复合材料的热稳定性分析

第四章 结论

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

作者和导师介绍

硕士研究生学位论文答辩委员会决议书