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石墨烯/PVC复合材料的制备与性能研究

更新时间:2009-03-28

中国的PVC行业经历多年的产能高速发展后,目前由于环保压力、下游市场、国际市场等影响因素,正处于产品结构调整期。近年来新材料行业的高速发展给传统PVC行业带来了新的科学技术,开发高性能与具有特殊功能的PVC改性新材料,增加PVC产品的附加值,对目前PVC行业的发展具有重要意义[1-3]。PVC具有阻燃、耐腐蚀、绝缘、耐磨损等优良的性能,且价格低廉,已在多个领域获得了广泛的应用。但PVC本身也存在冲击强度低、热稳定性差等缺点,从而在一定程度上限制了其应用。传统的PVC改性主要通过与弹性体NBR、CPE、EVA、TPU等共混来实现,虽然增韧效果显著,但却牺牲了材料的刚度、耐热性、加工流动性等性能[4-5]。随着纳米技术及材料制备技术的发展,PVC改性研究取得了新的进展。用纳米材料来改性PVC,可制得具有优异力学性能及某些特殊性能的PVC材料[6]

6)对土方质量进行检测。无论是在土方填筑还是其他施工过程当中,都需要将质量检测工作做好。在土方施工之前,需要将施工过程中所需要的各项准备工作做好,并且符合照相关施工规定要求,同时在施工结束后还需要进行检查,严格把控作业质量。在施工过程当中,各相关单位应该重视对施工所用材料的抽查,保证施工不会因为材料而出现质量问题。除此之外,对于施工时的工程高度以及位置,也需要按照国家相关标准来进行检验。

自2004年英国曼彻斯特大学的物理学教授安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯(Graphene),证实它可以单独存在以来,因其独特的物理化学性质而引起世界各国研究人员的广泛关注[7]。石墨烯作为一种二维纳米材料,具有极高的导电性、导热性、杨氏模量和拉伸强度[8],是目前理想的纳米填料,用以制备导电、导热、高力学性能的高分子复合材料[9]。将石墨烯与PVC复合,可形成网络缔合结构,提高PVC的力学性能、热稳定性和导电性能,进而提高PVC的应用领域与附加值。

在石墨烯发现之前,常见的PVC改性填料主要有炭黑、碳酸钙、碳纳米管、碳纤维等。随着石墨烯的广泛应用,已经有部分研究者开始把石墨烯引入PVC中,对PVC进行改性。Ahmad等 [10]选用氧化石墨烯对PVC进行改性研究,通过溶液共混的方法制备PVC/氧化石墨烯复合材料,研究表明氧化石墨烯的加入能提高 PVC 的热稳定性,增加材料的维卡软化温度与分解温度,但由于氧化石墨烯表面基团的存在,样品的电性能没有进一步研究。Vadukumpully 等 [11]采用溶液共混法制备PVC/石墨烯复合薄膜,重点研究了石墨烯对PVC热稳定性、力学性能和导电性能的影响,结果表明:石墨烯的加入可以提高 PVC 的杨氏模量、拉伸强度、导电性能,可以使PVC具有抗静电的效果。山东鲁泰控股集团有限公司意识到PVC与石墨烯结合具有广阔的应用前景后,成立了石墨烯高分子复合材料研发中心,研究石墨烯改性PVC材料,开发新的功能化改性PVC塑料,为PVC行业的发展作贡献。

1 试验部分

1.1 试验原料及主要仪器

PVC树脂,山东鲁泰化学有限公司;石墨烯,济宁利特纳米技术有限责任公司;四氢呋喃(THF),天津博迪化工股份有限公司;PVC胶片积层压片机、气动冲片机、维卡软化温度测试仪,高铁检测仪器(东莞)有限公司;万能试验机,美特斯工业系统(中国)有限公司;体积表面电阻率测试仪,北京冠测精电仪器设备有限公司;四探针表面电阻测试仪,苏州晶格电子有限公司;扫描电子显微镜(SEM),德国蔡司公司。

1.2 试验流程

采用溶液共混法制备石墨烯/PVC复合薄膜,对其性能进行考察。先将石墨烯在THF中高速分散,然后将分散好的石墨烯/THF分散液在超声设备中再次分散;接着将PVC溶解于THF中,把溶液过筛,除去其中的不均一成分,得到均匀稳定的PVC/THF溶液;然后把石墨烯/THF分散液与PVC/THF溶液高速分散混合,把混合液倒入成型器皿中,于20 ℃使溶剂缓慢挥发12 h,从而制备成薄膜;在60 ℃将薄膜真空干燥4 h,进一步除去THF;将PVC胶片积层压片机的温度设置为160 ℃,压力设置为20 t,把制备好的薄膜压平,最后按照测试标准的要求进行制样、测试。

1.3 性能测试

石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料拉伸强度和断裂伸长率的影响见图2、图3。从图2可以看出:石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料拉伸强度的影响是不成正比的。当石墨烯的用量增加到2.0份时,拉伸强度达到最大值71 MPa,比未添加石墨烯时增加了26 MPa;此后再增加石墨烯的用量,拉伸强度迅速降低;当石墨烯的用量超过3.0份后,石墨烯/PVC复合材料的拉伸强度反而低于未添加石墨烯的PVC材料。

从图3可以看出:当石墨烯用量为0.5~1.5份时,石墨烯/PVC复合材料的断裂伸长率变化不大;再增加石墨烯的用量,石墨烯/PVC复合材料的断裂伸长率显著下降。

石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料抗静电性能的影响见图4。

将样品表面进行喷金处理后,使用SEM观察样品的表面。

2 结果与讨论

2.1 微观形貌

应用型本科院校需要培养高素质的技能型人才,以满足社会的需求。“互联网+”的大背景促生出的经济新常态使大数据、物联网、O2O等电子商务的特征凸显出来,电商领域的专业技能型人才成为时代的宠儿。因此,培养创新意识、提升创业能力,成为应用型本科院校开设电子商务课程的重要出发点。

  

(a)0.5份石墨烯

  

(b)2.0份石墨烯

  

(c)3.0份石墨烯

  

(d)4.0份石墨烯图1 石墨烯/PVC复合材料的SEM照片Fig.1 SEM images of graphene/PVC composites

由图1可以看出:石墨烯用量不同,石墨烯/PVC复合材料微观形貌差别非常大。当石墨烯用量为0.5份时,石墨烯分布在PVC树脂内部,PVC树脂完全包裹石墨烯,从表面看不到石墨烯颗粒的存在。当石墨烯用量为2.0份时,有部分石墨烯颗粒出现在PVC树脂基体表面,说明石墨烯的用量已足够。当石墨烯用量为3.0、4.0份时,样品表面堆积有石墨烯颗粒,且有团聚现象;另外,由于石墨烯的不规则堆积,导致溶剂挥发后树脂表面存在孔洞。

石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料维卡软化温度的影响见图5。从图5可以看出:随着石墨烯用量的增加,石墨烯/PVC复合材料的维卡软化温度逐渐升高,从纯PVC样品的70.6 ℃上升至85.6 ℃。维卡软化温度能反映聚合物材料的高分子链运动情况,维卡软化温度升高说明PVC大分子链的运动受到限制。由于石墨烯表面存在褶皱与缺陷,与PVC分子链可以进行物理吸附结合,或者PVC分子链缠绕在石墨烯的褶皱处,增强了石墨烯与PVC的界面结合能力,从而提高石墨烯/PVC复合材料的维卡软化温度。随着石墨烯用量的增加,PVC分子链与石墨烯的结合越充分,分子链的运动越受到限制,石墨烯/PVC复合材料的维卡软化温度越高。

2.2 拉伸性能

拉伸性能按照GB/T 1040.3—2006《塑料 拉伸性能的测定 第3部分:薄膜和薄片的试验条件》测试,测试温度为23 ℃,拉伸速度为100 mm/min。

组成石墨烯的碳原子键能大并且具有柔韧性,当施加外部机械力时,碳原子面能弯曲变形,从而使碳原子不必重新排列来适应外力也能保持结构稳定。因此,石墨烯能阻碍PVC材料中裂纹的扩展或使裂纹钝化,从而终止裂纹。石墨烯表面有缺陷与褶皱,由于氢键作用及PVC分子在石墨烯表面的机械嵌锁作用而阻碍PVC分子链的迁移,石墨烯对PVC材料的力学性能也有所改善。石墨烯片层与PVC基体之间的界面相互作用和石墨烯片层在PVC基体中的分布也对石墨烯/PVC复合材料的力学性能有影响。由于石墨烯在PVC树脂中不容易分散,因此石墨烯对PVC树脂拉伸强度的改善效果与石墨烯在PVC树脂中的分散程度有直接关系。由图1可知:当石墨烯的用量超过2.0份后,其在PVC基体中已不能均匀分散,开始团聚,因此石墨烯/PVC复合材料的拉伸强度显著下降。

  

图2 石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料拉伸强度的影响Fig.2 Effect of graphene content on tensile strength of graphene/PVC composites

  

图3 石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料断裂伸长率的影响Fig.3 Effect of graphene content on elongation at break of graphene/PVC composites

体积电阻率按照GB/T 1410—2006《固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法》测试,测试电压为500 V。

2.3 抗静电性能

维卡软化温度按照GB/T 1633—2000《热塑性塑料维卡软化温度(VST) 的测定》测试。

  

图4 石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料抗静电性能的影响Fig.4 Effect of graphene content on antistatic property of graphene/PVC composites

从图4可以看出:当石墨烯用量为2.0份时,石墨烯/PVC复合材料的体积电阻率已经达到抗静电级别(107~109 Ω·m);当石墨烯用量小幅增加到2.5份时,石墨烯/PVC复合材料的体积电阻率大幅降低了4个数量级,已经达到了导电级别(104~106 Ω·m),抗静电性能显著提高;随着石墨烯用量的继续增加,石墨烯/PVC复合材料的体积电阻率略微下降。石墨烯/PVC复合材料抗静电性能的显著提升,主要是由于石墨烯构成了导电网络。石墨烯导电粒子相互接触而形成了三维导电网络,并产生了量子隧道效应,在这2个因素的共同作用下,石墨烯/PVC复合材料的抗静电性能得到大幅提高。当石墨烯用量较少时,由于PVC的阻隔,石墨烯粒子的间距较大,不能形成导电网络,此时体系的体积电阻率较高;随着石墨烯用量的增加,石墨烯片层间距减少并且相互接触的石墨烯逐渐增多,体系的体积电阻率显著下降;随着石墨烯用量的进一步增加,增加的石墨烯主要进入已有的导电网络,因此体系的体积电阻率略微下降。

2.4 维卡软化温度

在经济高速发展的今天,对企业也有更高的要求。企业要提高自身竞争力,降低外部风险,实现现代化需要建立完善的财务部门财会控制制度,剔除审计与咨询工作相互联系的弊端。建立完善的监管制度,保证方案能够推行。提高工作人员的个人能力。实现从制度到人员到设备的全面发展。

当手术结束之后,护理人员应该将患者安全的送至病房,并在运送患者的途中,根据患者的情况适当为其调整输液的速度,要注意动作的轻柔、平稳,切勿因振动与牵拉等引起患者的伤口疼痛。应该注意保证引流管和静脉通道的疏通,同时要为患者做好保暖措施,时刻关注患者的呼吸状况[2]。在手术结束后5 h,到患者的病房进行巡视,及时了解患者手术后的情况,积极鼓励患者以乐观的心态面对治疗,从而早日康复。

不同石墨烯用量下,石墨烯/PVC复合材料的SEM照片见图1。

  

图5 石墨烯用量对石墨烯/PVC复合材料维卡软化温度的影响Fig.5 Effect of graphene content on Vicat softening temperature of graphene/PVC composites

3 结论

(1)石墨烯在PVC中的用量不宜超过2.0份,否则会出现团聚,分散不均。

(2)石墨烯用量为2.0份时,石墨烯/PVC复合材料具有较好的拉伸性能。

(3)石墨烯可以明显提高PVC的抗静电性能,其用量为2.0份时可达到抗静电级别,用量为2.5份时可达到导电级别。

1.3 观察指标 收集微波消融术后出现甲状腺消融区液化性坏死患者的临床资料,包括术前甲状腺结节的大小、位置、超声表现和病理诊断,微波消融方式(是否采用热阻断血流法),以及微波消融术后发生液化性坏死后的临床表现、坏死物物理性状、坏死物病理诊断、细菌培养、液化性坏死区超声表现和处理方法等。微波消融术后消融区液化性坏死的判断标准:甲状腺结节微波消融术后出现颈前区皮肤红肿或破溃,且高频超声检查甲状腺消融区内有液化征象。

(4)随着石墨烯用量的增加,石墨烯/PVC复合材料的维卡软化温度逐渐提高。

至德元载九月,孙孝哲害霍国长公主、永王妃及耶马杨驲等八十人,又害皇孙二千余人,并刳其心,以祭安庆宗,王侯将相尾从入蜀者,子孙兄弟虽在婴孩之中,皆不免于刑戮,当时降逆之臣,必有为贼耳目,搜捕皇孙妃主以献奉者,不独如孝哲辈为贼宠任者也,故曰“王孙善保千金躯”。 又曰“哀哉王孙慎切疏”,危之也,亦戒之也,有宋靖康之难,群臣为金人搜索,赵氏遂无遗种,读此诗,如出一辙。[21]44

[参考文献]

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[3] 曹新鑫,罗四海,张鹏飞,等.聚氯乙烯树脂抗静电改性的研究进展[J].化工新型材料,2013(10):181-183.

[4] 孟祥龙,刘东升.发展聚氯乙烯 重振氯碱工业[J].中国氯碱,2014(10):16-19.

[5] 高凤芹,宁荣昌.PVC共混增韧改性研究进展[J].塑料工业,2006,34(5):65-68.

[6] 王建红,王强.聚氯乙烯改性最新研究进展[J].化工中间体,2010(6):19-21.

[7] Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, et al. Electric field effect in atomically thin carbon films[J]. Science, 2004, 306(5696): 666-669.

[8] Meyer J. Carbon sheets an atom thick give rise to graphene dreams[J]. Science, 2009, 324(5929): 875-877.

[9] Geim A K, Novoselov K S. The rise of graphene[J].Nature Materials, 2007, 6(3): 183-191.

[10] Ahmad N, Kausar A, Muhammad B. An investigation on 4-aminobenzoic acid modified polyvinyl chloride/graphene oxide and PVC/grapheme oxide based nanocomposite membranes[J]. Journal of Plastic Film & Sheeting, 2016, 32(4):419-448.

[11] S Vadukumpully, J Paul, N Mahanta, et al. Flexible conductive graphene/poly(vinyl chloride) composite thin films with high mechanical strength and thermal stability[J]. Carbon, 2011, 49(1): 198-205.

 
栾晓波,薛培华,李娜,李志南,李乃朋
《聚氯乙烯》 2018年第03期
《聚氯乙烯》2018年第03期文献

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