改性膨胀石墨在POE中的分散及其对性能的影响

改性膨胀石墨在POE中的分散及其对性能的影响

吴泽;董艳丽;许达;杜鹏;韩志东

【摘要】Expanded graphite(EDG) was modified by ultrasonic treatment, acid treatment and surface modification with sodium dodecyl sulfate(SDS), respectively. The modified EDGs were added into polyolefin thermoplastic elastomer(POE). The dispersion of the modified EDGs in POE was investigated by scanning electron microscope (SEM), and the tensile and electrical properties of POE/EDG composites were evaluated. As a result, the improved dispersion of the modified EDGs was revealed in comparison with EDG which aggregated in POE. The modification method exerted obvious influences on the dispersion of the modified EDGs and the properties of the composites. EDGs modified by ultrasonic treatment and SDS were well dispersed in POE and their composites had excellent tensile properties. Contrarily, pristine EDG profoundly influenced the electrical properties of the composite, which was partially attributed to the local conductive path formed by the aggregation of EDG.%将膨胀石墨分别经过超声波、酸化和表面活性剂处理,得到的改性产物添加到聚烯烃热塑性弹性体(POE)中,采用扫描电子显微镜(SEM)对改性膨胀石墨在POE中的分散状况进行了分析,并对复合材料的力学性能和电学性能进行了评价,研究结果表明,膨胀石墨在POE中呈现出团聚状态,团聚的膨胀石墨仍具有孔状结构,膨胀片层分散不均匀,改性后的膨胀石墨的分散情况得以改善,不同改性方法影响了膨胀石墨的分散性和复合材料的性能,超声波和表面活性剂能够较好地改善膨胀石墨的分散性,相应的复合材料具有较好

的力学性能.比较而言,未改性膨胀石墨对复合材料电性能的影响较大,与其在局部聚集形成导电通路有关.

【期刊名称】《化学工程师》

【年(卷),期】2011(000)011

【总页数】5页(P4-7,16)

【关键词】石墨;膨胀石墨;聚烯烃弹性体;电性能

【作者】吴泽;董艳丽;许达;杜鹏;韩志东

【作者单位】哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150040

【正文语种】中文

【中图分类】TQ127.1

石墨是一种典型的层状结构碳材料，其各层面间由较弱的范德华力连接，可以用物理或化学的方法将其它异类原子、分子、离子甚至原子团插入到石墨的层间，生成一种新的层状化合物，称作石墨层间化合物[1，2]。某些石墨层间化合物可在高温下发生急剧的体积膨胀，习惯上将具有此类性质的石墨层间化合物称之为可膨胀石墨[3]。早在十九世纪60年代就已发现把天然石墨与H2SO4和HNO3等化学试剂作用，受热时产物的体积会发生一定的膨胀[4]。可膨胀石墨经高温膨胀后得到蠕虫状膨胀石墨，膨胀石墨不仅具有石墨的耐腐蚀、耐高低温、自润滑、耐辐射、

高导电导热等优异性能，而且由于体轻多孔，质地柔软，具有自黏结性、良好的吸附性、红外散热及吸收性、隔音隔热性、良好的压缩回弹性和密封性等优异性能，广泛的应用在航空、航天、化工、石油、电子、环保、医学等领域中[5，6]。

近年来，采用膨胀石墨制备聚合物复合材料的研究受到了广泛关注，针对复合材料的导电性能、导热性能、阻燃性能、力学性能等方面做了大量的工作[7-10]。从方法上看，较多采用溶液法或者原位聚合法制备复合材料或者纳米复合材料，这两种方法在一定程度上能够促进膨胀石墨在聚合物中的分散性，有利于实现石墨片层的剥离分散。然而，这两种方法均存在一定的局限性，例如制备条件复杂，溶剂用量较高，对聚合物的溶解性要求高，不利于工业生产等。对于热塑性材料，熔融加工是工业上普遍采用的方法，但由于膨胀石墨的密度较低，很难直接分散于聚合物中，采用熔融法制备聚合物/膨胀石墨复合材料存在一定的难度，为此，本论文采用不

同处理方法对膨胀石墨进行了改性，以期提高其在聚合物中的分散性，获得性能优良的复合材料。

1 实验部分

1.1 原料

聚烯烃热塑性弹性体（POE，日本三井公司）和石墨（青岛天和石墨有限公司）均为工业化产品。H2SO4、HNO3、十二烷基硫酸钠（SDS）为化学试剂。

1.2 样品制备

可膨胀石墨（EG）的制备方法：以KCr2O7为氧化剂，将KCr2O7溶解在浓

H2SO4中，充分混合后加入鳞片石墨，在水浴30℃下进行反应30min后，水洗至pH值为7，抽滤，50℃烘干，得可膨胀石墨，其膨胀体积为240mL·g-1。

膨胀石墨（EDG）的制备方法：将石英烧杯置于800℃马弗炉中预热10min后，将一定量可膨胀石墨样品迅速倒入烧杯中，放入炉中保温1min，得到膨胀石墨。膨胀石墨改性：取一定量EDG浸入乙醇和水的混合溶液中（体积比1/1），超声