石墨烯的制備及其對ABS樹脂阻燃性能的研究.pdf

1、隨著社會的發(fā)展和科技的不斷進步，人們對于材料的需要及要求越來越多，尤其是高分子材料的快速發(fā)展，不斷的更新了人們關(guān)于材料的應(yīng)用觀念及想法，人們對于材料的性能提出了一個又一個的技術(shù)要求。石墨烯作為碳材料家族中的新寵，具有無比優(yōu)異的性能，各界科學家對它的研究也日益加深，如何將其優(yōu)異的性能最大程度的開發(fā)與應(yīng)用是現(xiàn)階段人們研究的熱點和重點。ABS樹脂是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，具有非常優(yōu)異的耐化學腐蝕性能、優(yōu)異的加工性能和優(yōu)良的物理力學性能，

2、因此，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但是ABS樹脂的阻燃性能較差，這嚴重影響并阻礙了它的發(fā)展，實際應(yīng)用中人們通常添加大量的阻燃劑，使ABS的阻燃性達到實際應(yīng)用的要求，而阻燃劑的大量添加往往會降低ABS本身的性能，這成為困擾人們的一大難題，如何尋找一種添加劑，可以使ABS樹脂的阻燃性能得到提高的同時，而又不使它本身的優(yōu)良性能降低，成為研究的熱點。本文根據(jù)碳材料家族作為阻燃劑的歷史研究，結(jié)合石墨烯本身的特性，大膽提出設(shè)想，石墨烯能否作為ABS的添加

3、劑，以達到提高其阻燃性而又不降低ABS本身優(yōu)良性能的目的。因此，本課題做了以下主要工作:
　　 1、采用改進的Hummers法制備石墨烯，并對石墨烯進行一系列表征與分析發(fā)現(xiàn)，石墨可以看做是石墨烯片層緊密堆砌的結(jié)果，通過一定的化學作用，這些緊密堆砌的片層結(jié)構(gòu)間的距離被拉大從而發(fā)生分離，從而得到雜亂無序的片層石墨烯，這些片層石墨烯很少單層存在，多是以雙層或者更多層疊加在一起的狀態(tài)存在。
　　 2、對比石墨烯/ABS與可膨脹石

4、墨/ABS的各項性能發(fā)現(xiàn)，石墨烯/ABS的各項性能優(yōu)于膨脹石墨/ABS的各項性能，當添加量為2％時，石墨烯/ABS的氧指數(shù)值為24.4％，比純ABS樹脂的21％提高了3.4％，比可膨脹石墨/ABS的23.8％提高了0.6％;純ABS樹脂的最大熱分解速率為21.63％·min-1，石墨烯/ABS為19.43％·min-1，可膨脹石墨/ABS為22.14％·min-1，石墨烯的加入明顯提高了樹脂的阻燃性和熱穩(wěn)定性，而可膨脹石墨的加入?yún)s使樹脂

5、的熱穩(wěn)定性降低。隨著石墨烯含量的增加，ABS樹脂的阻燃性和熱穩(wěn)定性都逐漸增大，而力學性能呈現(xiàn)先增大后降低的趨勢，當石墨烯的含量為5％時，ABS樹脂的氧指數(shù)提高到24.8％，比未加入時提高了3.8％，石墨烯/ABS的最大熱失重速率由純ABS樹脂的21.63％·min-1降低到17.65％·min-1。
　　 3、采用密煉、開煉的混煉方法制備石墨烯/ABS，并研究混煉方式對ABS樹脂的阻燃性能、熱穩(wěn)定性和力學性能的影響，結(jié)果表明，密

6、煉的混煉方法能更好將石墨烯分散到ABS樹脂基體中，石墨烯的分散效果較好，同時ABS樹脂的阻燃性能更高，熱穩(wěn)定性更好，力學性能也更高，當石墨烯添加量為3％時，密煉方式制備的石墨烯/ABS的氧指數(shù)值為24.6％，比開煉方式制備的石墨烯/ABS的氧指數(shù)值22.1％提高了2.5％;密煉方式制備的石墨烯/ABS最大熱分解速率為19.42％·min-1，比開煉復(fù)合體系的19.99％·min-1降低了0.57％;密煉石墨烯/ABS的拉伸強度為40.8

7、4MPa，比開煉復(fù)合體系的35.97MPa提高了13.53％;密煉石墨烯/ABS的彈性模量為1368MPa，比開煉復(fù)合體系的1096MPa提高了24.81％。
　　 4、為了提高石墨烯在樹脂基體中的分散性及樹脂的沖擊強度，對石墨烯進行硅烷偶聯(lián)劑改性并制備改性石墨烯/ABS，對比石墨烯/ABS與改性石墨烯/ABS的性能，結(jié)果表明，當添加量為3％時，改性石墨烯/ABS的沖擊強度由15.32 kJ·m-2提高到17.52kJ·m-2，