抗静电纳米复合橡胶材料的综合性能研究
自从石墨烯成功发现至今，已成为化学，材料科学及物理学领域的研究热点。由于石墨烯的特殊结构和优异性能，它在力学、电学、热学、光学领域均有广阔的前景。本论文所使用的氧化石墨(GO)来自改进的Hummers法，然后将氧化石墨超声剥离成单层或少层的氧化石墨烯(G-O)。但Hummers法采用强氧化剂体系，氧化过程石墨片层间引入含氧功能团，破坏石墨烯的碳共轭结构，使其丧失导电性能。因此，本文旨在针对G-O的还原，去除G-O层面还原功能团，使G-O的sp3杂化结构恢复成石墨的sp2杂化结构，从而恢复共轭结构，使石墨烯恢复其电性能;并将还原后的石墨烯和橡胶复合，使得橡胶的各性能特别是抗静电性能得到较大的提高。 本论文由两部分工作组成，第一部分工作是探索一种具有良好导电性并且能够在某种溶剂中良好分散的石墨烯类衍生物。主要的研究思路是利用十八烷基胺(ODA)的端氨基与氧化石墨烯表面的环氧基团、羧基进行亲核开环、酰胺化反应，将ODA共价接枝在氧化石墨烯的表面，得到功能化氧化石墨烯(AGO)，然后用还原剂对功能化氧化石墨烯进行还原反应，最大程度去除其表面的含氧官能团，得到呈现非极性、导电性良好的ODA功能化还原石墨烯(ARG)。首先研究了三种还原剂抗坏血酸、柠檬酸三钠和硼氢化钠的还原性，发现硼氢化钠还原得到的还原石墨烯(NB-rGO)具有最优异的导电性能，硼氢化钠的还原比抗坏血酸和柠檬酸钠要强。确定了还原剂选用硼氢化钠后，接着探索ODA的量对功能化还原石墨烯(ARG)的导电性及溶解性的影响，发现ODA/GO反应比例为0.75时，最后得到的ARG同时具有良好的导电性并且能够在四氢呋喃中良好分散。 第二部分工作是将功能化还原石墨烯(ARG)和橡胶材料进行复合得到抗静电纳米复合橡胶材料。主要的研究思路是将导电性良好的ARG和橡胶在溶剂THF中共混得到功能化还原石墨烯/橡胶纳米复合材料，分别为还原石墨烯/溶聚丁苯橡胶复合材料(SARG)，和还原石墨烯/天然橡胶复合材料(NARG)。采用XRD、FT-IR、Laman、XPS、扫描电镜(SEM)、物理机械性能测试、高电阻测量仪、介电性能测试复合材料的力学性能、电性能以及介电性能。结果表明SARG12的电阻率为2.21×106Ω·m，具有最佳抗静电性能;SARG12也是拉伸强度、断裂伸长率和100％定伸应力最大的复合材料，分别为15.5MPa、204％和4.8MPa，确定了12phr为ARG最佳填充份数;同时发现NARG12的电阻率最低，为8.7×104Ω·m，具有最佳抗静电性能。NARG5的拉伸强度最大，为36.5MPa。 从实验结果可知，石墨烯在橡胶的不仅起到纳米填料增强的作用，还可在橡胶基体中形成导电网络，充分发挥其导电作用。
橡胶材料;氧化石墨烯;共混制备;抗静电性能;力学性能
北京化工大学
硕士
材料工程
温世鹏;廖坤
2016
中文
TQ330.531
102
2017-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）