论文部分内容阅读
由于兼具纳米材料的导电、高强等多功能性和微发泡材料质轻、韧性好等优点，聚合物/纳米填料复合微发泡材料有望在航空航天、电子工业等领域得到广泛应用。热塑性聚氨酯弹性体(Thermoplastic polyurethane，TPU)由于本身具有的优异的力学性能、弹性、耐磨、耐油、耐溶剂等性能，在国民生活的各个领域中扮演着不可或缺的角色。本文首先选取TPU作为聚合物基体，以合适的发泡方法制备微孔TPU片材，同时加入一定量的石墨烯以期提高发泡片材的强度和导电性，最后将纳米复合材料发泡以制备同时具有轻柔性、导电性和可拉伸性的多功能聚合物发泡材料。探讨发泡方法及条件对泡孔形态及微观结构的影响，研究石墨烯的加入及发泡对TPU及其复合材料的力学性能、弹性性能和导电性能的影响。 本文首先以高压CO2发泡法和水蒸气诱导相分离法(WVIPS)制备了发泡TPU片材，并对比研究了其结构、热、力学及弹性性能。结果表明，相比于高压CO2发泡法，水蒸气诱导相分离法制备条件更加温和，所得发泡样品具有开孔结构，拉伸时断裂伸长率更高(～700％ vs～400％)，在大应变下(＞100％)的相对滞后和残余形变更小。在400％应变时，相分离组样品的相对滞后和残余形变分别不超过45％和82％，相应值较高压CO2组样品分别降低25％和15％。 然后，本文选取石墨烯作为纳米填料，用反溶剂沉淀法制备了不同石墨烯含量的TPU基复合材料，研究了石墨烯的引入对复合材料性能的影响。结果显示，TPU的机械强度和导电性随石墨烯含量的增加显著提高，但基体的韧性明显下降。加入20phr石墨烯后，基体的杨氏模量可以提高至98.2MPa，但是断裂伸长率下降至13％，电导率高达1.3S/cm。同时，复合片材的相对滞后和残余形变明显高于纯TPU样品，加入5phr石墨烯后，样品在25％应变时的滞后和残余形变高达51.4％和5.6％，分别是纯TPU样品的2.2倍和1.8倍，这说明石墨烯的加入降低了基体的弹性。 最后，本文采用WVIPS法制备了不同石墨烯含量的TPU基复合微发泡片材，研究了石墨烯的引入及发泡对复合片材的泡孔形态、力学、电、热和弹性的影响。结果表明，相比于纯TPU微发泡片材，复合微发泡片材的泡孔尺寸和结晶度随石墨烯含量的增加逐渐减小，强度和导电性有所提高，韧性和弹性有一定的下降。但是相比于未发泡TPU/石墨烯复合片材，复合发泡样品的断裂伸长率更高(86％ vs13％，石墨烯含量为20 phr);相对滞后和残余形变明显降低，在5phr石墨烯含量和75％应变下，发泡样品的滞后和残余形变分别为37.9％和9.6％，是不发泡样品的1.6倍和1.9倍，这说明发泡样品具有更高的可拉伸性和弹性。