膨胀石墨填充氟橡胶复合材料耐腐蚀性能研究

利用Hummer法制备出可膨胀石墨,经过高温膨胀制得膨胀石墨(EG)。采用机械共混法制备出EG/氟橡胶复合材料。采用扫描电子显微镜观察EG表面微观形貌。研究了不同含量的EG/氟橡胶复合材料的硫化性能,以及硫化后常温、热空气老化、酸性条件、碱性条件、油性条件对不同含量的EG/氟橡胶复合材料的物理力学性能的影响。结果表明,EG为蠕虫状疏松多孔物质;常温条件下,随着EG用量的增加,复合材料交联密度增大,拉伸强度有所降低,但10份EG含量复合材料的拉伸强度与纯氟橡胶(FKM)相差不多。通过综合性能的对比,四种介质对试样性能的影响大小:高温酸性(HCl)高温碱性(NaOH)高温油性热空气老化;加入10份EG的复合材料表现出了优异的耐低温、耐盐酸、耐油能力。     

膨胀石墨混杂填充聚丙烯复合材料导热性能研究

以不同粒径的膨胀石墨(EG)为填料,通过双辊混炼热压成型制备聚丙烯(PP)/EG导热复合材料,研究了EG填充量、粒径和不同粒径混杂填充对复合材料导热性能的影响。结果表明:随着EG填充量的增加,复合材料的热导率提高。当填充量超过30%时,热导率提升幅度增大,达到渗流阈值;当EG填充量为50%时,复合材料的热导率达到1.791W/(m.K);大粒径填料粒子提高复合材料热导率的能力优于小粒径粒子;大小粒径按合适比例混杂填充得到的复合材料热导率最高。     

聚苯乙烯/膨胀石墨导电复合材料性能研究

以聚苯乙烯为基体,膨胀石墨为填料,邻苯二甲酸二辛酯为增塑剂,通过熔融共混法制备复合材料。并研究了复合材料的导电性能、力学性能和熔体流变性能与膨胀石墨含量的关系。主要结论如下:随着膨胀石墨含量的增加,复合材料的体积电阻率逐渐减小,渗流阈为5%,复合材料的体积电阻率最小为8.65×10~5(Ω·cm),膨胀石墨的含量为13%。当膨胀石墨含量在5%~10%之间时,复合材料的导电性迅速变化。而复合材料的拉伸强度则随之先减小后增大,当膨胀石墨含量为5%时,拉伸强度最小为4.52 MPa。冲击强度小增大后减小,当膨胀石墨含量为5%时,冲击强度最大,为7.5 kJ/m~2。     

酚醛改性对玻纤增强聚酰胺66复合材料耐湿性的影响

采用熔融共混法制备了线型酚醛树脂(LPF)改性的玻纤增强聚酰胺66(PA66/GF)复合材料,研究了LPF对PA66/GF复合材料吸水性、力学性能以及耐湿性的影响。结果表明:随着LPF用量的增加,改性增强PA66复合材料PA66/GF/LPF的吸水率明显降低;同时复合材料的拉伸强度略有提升,但缺口冲击强度则有所下降。另外同改性前(PA66/GF)相比,改性复合材料(PA66/GF/LPF)的耐湿性明显提升,调湿处理后材料的力学性能基本保持稳定,其中当LPF用量为4%且调湿处理10天后,复合材料的拉伸强度保持率达到82.2%,同时冲击强度变化率仅为18.6%。     

表面处理膨胀石墨对聚酰胺6的改性研究

采用表面处理剂对膨胀石墨(EG)进行表面处理,制备了聚酰胺6(PA6)/EG复合材料,考察了表面处理EG对PA6的改性效果,研究了复合材料流变性能与热性能,观察了复合材料形态结构.结果表明,偶联剂TX-10,YDH-602和YDH-550处理EG的增强作用好;随着EG含量增加,复合材料拉伸强度先增加后下降,弯曲强度提高,缺口冲击强度下降,EG使复合材料剪切粘度增加,对热性能基本上没有影响.扫描电镜(SEM)观察发现,表面处理EG与PA6基体界面粘结良好,能大量以纳米石墨微片形式均匀地分散在PA6基体中.     

膨胀石墨/有机金属骨架复合吸附材料的制备及性能研究

粉末状有机金属骨架材料（MOFs）普遍存在密度低热导率低的不足,是限制其在水蒸气吸附领域应用的关键因素之一。以典型的高吸水量MOFs材料对苯二甲酸铬（MIL-101（Cr））为研究对象,采用干混法将膨胀石墨（EG）与该MOFs材料复合并模压成型,制备了一系列不同密度不同石墨含量的复合吸附材料。利用光学显微镜表征了材料微观结构,分析了压制密度、EG含量对材料内部结构的影响;使用恒温恒湿箱测试了纯MOFs材料及复合吸附材料的饱和吸附量,发现纯MOFs粉末在压制压力超过3 MPa后吸附能力大幅下降。在此基础上制备了密度适宜的复合材料,测试发现复合材料的饱和吸附量随着EG含量的增加而显著降低,但EG对MOFs本身的吸附量未造成显著影响;采用体积法研究了材料的吸附动力学,其中片状纯MOFs相比粉末状MOFs吸附速率大幅下降,而复合材料由于内部产生了更多的传质通道使其表面传质系数相比于片状纯MOFs提高了2.7倍。热导率测试结果表明复合吸附材料的热导率随着石墨含量的增加而显著升高,而材料的密度对热导率的影响相对较小。采用干混法制备的石墨含量50%,密度408 kg·m⁻³的复合吸附材料,其热导率相比纯MOFs材料提高了22倍达到2.76 W·m⁻¹·K⁻¹。     

PP/EG/MWNTs导热复合材料试验对比

利用高温膨胀插层工艺制备PP/EG/MWNTs导热复合材料,对比置于室温、800℃、900℃3种条件下制备的导热复合材料的热性能和力学性能,试验结果表明,经900℃高温膨胀后,PP/EG/MWNTs热导率可达1.51 W/(m·K),比纯PP的热导率提高了487.5%,与室温和800℃条件下制备的PP/EG/MWNTs相比,热稳定性和拉伸强度均得到有效增强,但缺口冲击强度没有明显变化。结合微观形貌可知,高温可使MWNTs进入膨胀后的EG层间,将复合材料结构空间填实后,有利于形成导热网络,从而提高了复合材料的热性能和力学性能。     

膨胀石墨填充聚氯乙烯导热复合材料的性能研究

以膨胀石墨(EG)为导热填料,利用先开炼后模压的成型方法,制备膨胀石墨(EG)增强聚氯乙烯(PVC)导热复合材料,考察了含量变化对板材微观结构、导热系数、拉伸性能、弯曲性能的影响,并与其他成型方法进行对比分析。结果表明,膨胀石墨以石墨微片存在于树脂基体中,并随着含量的增加逐渐增强板材的导热性;填充膨胀石墨在增大板材刚度的同时,也会降低板材的拉伸强度和弯曲强度,当膨胀石墨含量为15%时力学强度最优。     

膨胀石墨和二氧化钛协同阻燃PA6复合材料及其性能研究

以膨胀石墨(EG)和二氧化钛(TiO_2)为阻燃剂,制备了聚酰胺6(PA6)/EG/TiO_2和PA6/EG复合材料,研究了EG和TiO_2对PA6阻燃性能、力学和热稳定性能的影响。结果表明,EG对PA6的结晶性能没有影响,而TiO_2的加入使EG的衍射主峰发生了偏移。EG单独加入及与TiO_2复配加入PA6中都提高了复合材料的分解温度,后者使复合材料残炭率从0.48%达到最高值17.29%,热变形温度随着EG含量的增加而显著提高,当EG含量为20%时,热变形温度较纯PA6提高了92.9%,TiO_2的加入对热变形温度影响不大。当EG含量20%时,LOI达到26.5%,UL94测试中达到V-2。TiO_2复配后PA6/EG15复合材料的LOI提升,且滴落速度降低。EG在低含量(10%)时对弯曲性能有提升作用,而对拉伸强度影响不大。在EG较大含量时(≥10%),复合材料的弯曲强度和拉伸强度都下降。TiO_2的共同加入起到了协同增强的效果,弯曲强度较拉伸强度提升更明显。     

TiC增强膨胀石墨/铜复合材料导热性研究

将压缩膨胀石墨(CEG)在高温下通入四氯化钛(TiCl4),得到了生长在石墨片边缘的碳化钛(TiC),利用TiC改性的CEG与铜通过液相浸渍后热压的方法制备膨胀石墨/铜复合材料,研究TiC对CEG自身热导率的影响及其加入前后复合材料的微观形貌和热导率的变化情况。结果表明,适量TiC在石墨片层之间的连接作用能有效改善压缩膨胀石墨的导热网络,提高其热导率。膨胀石墨/铜复合材料热导率随着界面TiC量的增加而先升高后降低,原因在于TiC与铜之间的界面相容性比CEG与铜的好,然而当TiC含量进一步升高,其自身热导率低产生了更大的界面热阻导致复合材料的热导率下降。因此适量的TiC能有效改善膨胀石墨导热网络,且有利于改善膨胀石墨和铜的界面相容性,从而提高复合材料的热导率。     

长玻纤增强尼龙66复合材料性能的研究

在自制装置中用硅烷偶联剂KH550对长玻纤(LGF)进行表面处理后,采用熔融共混法制备了尼龙66/长玻纤复合材料。采用微机全自动热膨胀系数测定仪记录了玻纤增强尼龙66复合材料的热膨胀曲线,分析了玻纤含量、温度对复合材料热膨胀系数的影响,结果表明,随着玻纤含量的增加,复合材料的热膨胀系数显著下降,最大降低了74.2%;随着温度的升高,复合材料的热膨胀系数先增大后减小最后趋于平衡,转折温度在37℃左右。测试了复合材料的力学性能,结果显示复合材料的拉伸强度、弯曲强度和缺口冲击强度随玻纤含量的增加而大幅度提高,最大分别增加了173%、186%和283%。通过扫描电镜观察到玻纤嵌入尼龙66基体中,与尼龙66形成了良好的界面黏结。     

PA6/CF/EG导电复合材料的制备与性能

采用熔融共混法制备了不同碳纤维/热膨胀石墨(CF/EG)比例的尼龙6/碳纤维/热膨胀石墨(PA6/CF/EG)导电复合材料并研究其性能。结果表明,CF的加入能显著提高复合材料的力学性能;而随着EG含量的提高,复合材料的导电性能和导热性能显著提高,但力学性能在一定程度上得到降低。当CF质量分数为20%时,复合材料具有最优的力学性能,当EG质量分数为20%时,复合材料体积电导率可显著提高至0.262 S/m,热导率可达1.3379W/(m·K)。     

Improving Properties of Poly(vinylidene fluoride) by Adding Expanded Graphite without Surface Modification via Water‐Assisted Mixing Extrusion

Expanded graphite (EG) is introduced into poly(vinylidene fluoride) (PVDF) by melt mixing extrusion with water injection. The results demonstrate that the unfunctionalized EG in composite prepared with water injection exbibits better dispersion than that in the one prepared without water injection due to the promoting role of water during extrusion. Thus, the PVDF/EG composite with loading of 4 wt% prepared by water‐assisted mixing extrusion (WAME) exhibits electrical conductivity of about three orders of magnitude higher than the neat PVDF and one order of magnitude higher than the one prepared without water injection. Comparing to the neat PVDF, the thermal conductivity of the composites prepared with and without water injection is increased by 101.5% and 75.0%, respectively. The introduced EG leads to increased Young’s modulus and tensile strength especially for the composite prepared by WAME. The present work indicates that WAME can promote the dispersion of EG in PVDF matrix without any extra functionalization.     

Electrical,mechanical, and thermal properties of exfoliated graphite/phenolic resin composite bipolar plate for polymer electrolyte membrane fuel cell

Exfoliated graphite (EG) was synthesized from natural flake graphite by acid treatment followed by microwave irradiation. A maximum expanded volume of 560 mL/g was achieved for this exfoliation of graphite. EG/phenolic resin composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cell were fabricated with a high loading of EG by compression molding. The composites possess low density, high electrical conductivity, high thermal stability, and high compressive strength. The composite bipolar plates were also characterized by X‐ray diffraction, scanning electron microscopy, thermogravimetric analysis, and so on. The composite prepared with 50 wt% of EG has shown the desired properties for bipolar plate as per the US Department of Energy (DOE‐2015) targets. As a result, the EG–resin composites can be used as bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cell applications. POLYM. ENG. SCI., 55:917–923, 2015. © 2014 Society of Plastics Engineers     

Improvement in thermal conductivity and mechanical properties of ethylene‐propylene–diene monomer rubber by expanded graphite

Thermally conductive fillers are usually employed in the preparation of rubber composites to enhance thermal conductivity. In this work, ethylene‐propylene‐diene monomer rubber (EPDM)/expanded graphite (EG) and EPDM/graphite composites with up to 100 phr filler loading were prepared. Compared to EPDM/graphite compounds with the same filler loading, stronger filler network was demonstrated for EPDM/EG compounds. Thermal conductivity and mechanical properties of EPDM/graphite and EPDM/EG composites were compared and systematically investigated as a function of the filler loading. The thermal conductivity of both EPDM/graphite and EPDM/EG composites increased with increasing volume fraction of fillers, and could be well fitted by Geometric Mean Model. The thermal conductivity as high as 0.910 W · m⁻¹ · K⁻¹ was achieved for the EPDM/EG composite with 25.8 vol% EG, which was ∼4.5 times that of unfilled EPDM. Compared to EPDM/graphite composites, EPDM/EG composites exhibited much more significant improvement in thermal conductivity and mechanical properties, which could be well correlated with the better filler‐matrix interfacial compatibility and denser structure in EPDM/EG composites, as revealed in the SEM images of tensile fracture surfaces. POLYM. COMPOS., 38:870–876, 2017. © 2015 Society of Plastics Engineers     

石墨和碳纤维改性聚酰亚胺复合材料的导热性能

以石墨、碳纤维(CF)、聚酰亚胺(PI)三元复合材料为研究对象,考察了CF体积含量对PI三元复合材料导热性能的影响,并采用了拟二元体系模型探讨了石墨和CF填充PI复合材料的协同效应。结果表明,CF的加入可以提高复合材料的力学性能：拉伸强度呈现先升高后降低的趋势,当CF含量为11.8 %（体积分数,下同）时,拉伸强度可达66.37 MPa;弯曲强度随着CF体积含量的增而增加,当CF含量为24.6 %时,弯曲强度可达103.3 MPa。复合材料热导率呈非线性增长,表明石墨和CF间存在协同效应;当CF含量为34.1 %时,环境扫描电子显微镜分析表明,CF与石墨能很好地搭接,增大了传热面积,复合材料热导率可达0.512 W/(m·K),约是其计算值的2倍。     

热致性液晶/埃洛石纳米管/尼龙66导热原位混杂复合材料的结构与性能

采用熔融共混方法制备了热致液晶聚合物(TLCP)/埃洛石纳米管(HNTs)/尼龙66(PA66)原位混杂复合材料,研究了其导热性能、力学性能及微观形态。结果表明:在实验范围内,复合材料的导热性能及力学性能均随着HNTs含量的增加而提高,当HNTs质量分数增至40%时,复合材料的导热系数、热变形温度、拉伸强度、弯曲强度及弯曲模量分别提高了134%、144%、15.3%、31.9%、231%;扫描电子显微镜(SEM)显示,TLCP及HNTs均能在基体中均匀分散,并能观察到TCLP所形成的沿纤维轴方向取向的微纤及HNTs所形成的导热网链。     

室温硫化硅橡胶／石墨烯复合材料的制备与性能

采用溶液共混法制备了以石墨烯和氧化石墨为填料的室温硫化硅橡胶复合材料,并对其导电性能和力学性能进行了研究。结果表明,当石墨烯质量分数为3％时,复合材料的拉伸强度提高200％左右;体积电导率提高了9个数量级,复合材料中石墨烯的逾渗阈值为1％。利用原位热还原法处理氧化石墨／硅橡胶复合材料,当处理时间为30min时,其体积电导率提高了3个数量级。     

膨胀石墨改性氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物/聚丙烯弹性体的制备与性能

分别采用膨胀石墨和纳米Fe₃O₄插层膨胀石墨改性氢化苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)/聚丙烯(PP)弹性体材料,探讨了膨胀石墨用量及纳米Fe₃O₄插层复合膨胀石墨对弹性体拉伸性能、回弹性和导电性能的影响规律。结果表明,膨胀石墨的加入可有效提高SEBS/PP弹性体的回弹性和导电性能,当膨胀石墨用量为3.5份(质量)时,弹性体的回弹性最佳,表面电阻率最低,但其拉伸强度有所下降。采用纳米Fe₃O₄插层膨胀石墨改性SEBS/PP弹性体可有效改善其拉伸性能,并可进一步降低表面电阻率和体积电阻率。     

聚偏氟乙烯/鳞片石墨/碳纤维高导热复合材料的制备

以聚偏氟乙烯（PVDF）树脂为基体,天然鳞片石墨（FG）、碳纤维（CF）为填料,采用熔融共混法制备了PVDF/FG/CF复合导热材料,并研究了FG、CF含量及其改性对复合材料导热性能和力学性能的影响。结果表明,复合材料的热导率随FG含量的增加而增大,力学性能随着FG含量的增加而降低;CF的加入提高了复合材料的力学性能,但热导率略有降低;对CF进行表面氧化处理将使得复合材料的热导率以及力学性能有所提高,当CF含量为5 %、FG含量为50 %时,复合材料的热导率为11.4 W/(m·K),拉伸强度为48 MPa,断裂伸长率为11 %。