论文部分内容阅读
纤维素作为自然界储量最大的可再生资源，对其充分利用有着巨大的现实意义。纳米纤维素具有比表面积高、比重小、线热膨胀系数低以及力学性能优异等优点，适合对高分子材料进行增强。石墨烯凭借其优异的电学、力学、热学以及光学性能，成为当今研究的热点，并且在各个领域得到了广泛而深入的研究与应用。低成本，高效制备纳米纤维素和石墨烯，并扩展其应用范围，提升使用水平，是研究者需要解决的问题。本论文是在本实验室之前工作的基础上，采用机械化学法制备了疏水纳米纤维素，使用不同方法制备了纳米纤维素-环氧树脂及纳米纤维素-聚丁二酸丁二醇酯(PBS)复合材料，考察了纳米纤维素对于热固、热塑两种材料的力学性能方面的影响。同时，采用球磨法制备了石墨烯，并研究了石墨烯-聚氯乙烯(PVC)复合材料的抗静电性能，以及石墨烯-尼龙6母粒制备工艺及应用。论文主要包括三个部分: 1.纳米纤维素-环氧树脂复合材料的研究 以新西兰纸浆为原料，机械化学法制备了疏水纳米纤维素，并对制得的纳米纤维素进行表征。之后使用溶剂共混法，制备了纳米纤维素-环氧树脂复合材料。研究了球磨条件对纤维素纳米纤维形貌影响，结果发现球磨12h时，得到了直径20nm，长度几微米的线型纳米纤维。研究了纳米纤维素添加量对环氧树脂韧性的影响，结果发现随着纳米纤维素的加入，复合材料的抗冲击性能呈现先上升后下降的趋势。在纤维素含量为1.5wt％时达到最大值，此时材料的冲击强度提高了67％，表明纳米纤维素对环氧树脂有较好的增韧效果。 2.纳米纤维素-PBS复合材料的研究 以玉米芯为原材料使用机械化学法制备了疏水纳米纤维素。之后采用两种方法制备了PBS基复合材料:1.冷冻干燥得到纳米纤维素干粉，之后进行挤出加工得到干法纳米纤维素-PBS复合材料;2.使用溶剂共混沉降法得到纳米纤维素-PBS母粒。之后使用母粒与纯PBS粒料共混挤出得到湿法纳米纤维素-PBS复合材料。研究了两种复合材料中纳米纤维素添加量、形貌及分布情况对PBS的增强效果，结果表明湿法得到的复合材料力学性能明显好于干法得到复合材料，在纤维素含量为5wt％时，材料的拉伸强度上升了16％，弹性模量上升了30％，纳米纤维素对PBS有明显的增强效果。湿法得到的复合材料中纤维素线型形貌保持，分布更加均匀。两种复合材料均保持了较好的热稳定性。 3.机械剥离制备石墨烯和其在改性高分子复合材料中的应用 本部分工作以石墨为原料，在邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中球磨得到了石墨烯片。之后将石墨烯-DOP浆料加入PVC中，制备了复合材料。研究了球磨法得到的石墨烯形貌及石墨烯对PVC材料抗静电性能的影响，结果发现石墨在DOP中球磨24h，得到了水平尺寸0.5～2μm，厚度3-30nm的石墨烯片。在石墨烯质量分数为1wt％时，材料的表面电阻为2.5×106Ω/□，低于抗静电材料表面电阻小于3×108Ω/□的要求，同时石墨烯的加入使得材料的拉伸性能优于纯PVC材料。使用石墨烯微片为填料，采用共混挤出制备了石墨烯-尼龙6(PA6)母粒。研究了母粒中石墨烯最大添加量以及工艺条件，结果表明石墨烯含量8wt％左右比较合适。使用母粒与纯粒料来制备的石墨烯-PA6复合材料显示了比较好的力学性能，说明母粒在之后的使用方面效果较好。