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石墨烯改性聚酰亚胺PI材料

点击次数:144    发布日期:2022-09-28   本文链接:http://www.pibomo.com/news/980.html

石墨烯作为一种质量轻、韧性高、导电性好的碳元素为主的非金属材料,其比表面积大、耐磨性好,在惰性空气中温度高达3 000 ℃,而且具有优良的阻燃性能和力学性能。PI中引入石墨烯,可改善复合材料的隔热性能、阻燃性能、热稳定性和力学性能。通常,复合材料的阻燃隔热性能增强是由于石墨烯的加入会形成连续排列的炭化层,这种炭化层阻碍了热量和氧气的传递,从而起到了保温隔热的作用。

以均苯四甲酸二酐(PMDA)、多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)为单体制备聚酰亚胺泡沫(PIF),然后加入石墨烯进行填充改性。将PMDA与甲醇溶解在二甲基甲酰胺(DMF)中进行酯化反应,再分别加入三乙醇胺(TEOA)催化剂、二月桂酸二丁基锡、硅油、水搅拌均匀,得到的前驱体溶液为A组分;将不同含量的石墨烯与PAPI搅拌均匀得到的溶液为组分B;高速搅拌组分A和组分B的混合溶液,迅速倒入模具中自由发泡,*后进行高温处理完成整个制备过程。随着石墨烯含量的增加,PIF的热稳定性和阻燃性能增强,石墨烯的含量为3.25%(w)时,极限氧指数(LOI)由纯PIF的31.0%升至34.8%。

热稳定性先升高后降低是由于石墨烯的高热稳定性赋予了复合材料较好的热稳定性,但含量过高又在一定程度破坏了基体与聚合物间良好的界面相容性和有序性,导致热稳定性下降。抗压强度先增大后减小,石墨烯质量分数为1.98%时达到*大值。这是由于PIF的密度随着石墨烯含量的增加而增大,泡沫密度越大,压缩强度越大。同时,泡孔排列越紧密,PIF的硬度越大,抗压强度越高,因此,加入高模量石墨烯显著提高了泡孔壁的强度,从而提高了PIF的抗压强度;但当石墨烯质量分数超过1.98%时,过量的石墨烯会发生团聚,从而使复合材料的抗压强度降低。

通过引入水溶性PI,将易碎的还原氧化石墨烯(rGO)气凝胶转化为超柔性三维结构,制备了PI/rGO纳米复合材料。随着rGO的加入,复合材料的热稳定性、柔韧性、机械弹性显著提高,并且具有良好的塑性。由于rGO与PI之间强大的相互作用力,甚至压缩应变达到90%的条件下,消除压缩应力,复合材料可迅速回复到原来的形状,没有任何变形和损伤。

采用Hummmers法自制rGO,以PMDA、二氨基二苯醚(ODA)为原料,通过原位三步法制备了PI/rGO复合泡沫板。**步,制备了聚酰胺酸(PAA)/rGO溶液;第二步,将PAA/rGO溶液干燥得到PAA/rGO复合泡沫;第三步,使PAA完全亚胺化,得到PI/rGO复合泡沫。结果表明,随着rGO含量的增加,泡沫材料的热稳定性得到改善,同时具有优异的电磁干扰屏蔽性能,当试样厚度为0.8 mm,电磁干扰屏蔽为75 dB·cm3/g;电导率随rGO含量的增加而增大,rGO质量分数为16%时,PI/rGO复合泡沫的电导率*大,为0.8 S/m。

采用氧化石墨烯还原法制备了石墨烯,并采用溶液共混法制备了石墨烯增强PI复合材料。将石墨烯加入到PI溶液中,搅拌浇注在玻璃模具中,升温固化冷却脱模,得到PI/石墨烯复合材料,并研究了复合材料的力学性能。结果表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度均呈先上升后下降的趋势,当石墨烯质量分数为1.0%时,复合材料的拉伸强度和断裂伸长率*大,分别较纯PI提高了149%,652%。



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