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通过超临界二氧化碳发泡技术制备导电聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料微孔泡沫

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声明

摘要

符号说明

第一章 文献综述

1.1 石墨烯

1.1.1 石墨烯的结构

1.1.2 石墨烯的制备

1.1.3 石墨烯的应用

1.2 聚合物微孔泡沫

1.2.1 超临界二氧化碳

1.2.2 成核原理

1.2.3 发泡方法

1.2.4 改善微孔发泡聚合物材料的泡孔形态的研究

1.3 本论文研究的内容、目的和意义

1.3.1 主要研究内容

第二章 石墨烯的合成与分析

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验原料与设备

2.2.2 实验步骤与表征测试方法

2.3 结果讨论

2.3.1 XRD结果分析

2.3.2 红外结果分析

2.3.3 氧化石墨、石墨烯的X射线表面能谱分析

2.4 本章小结

第三章 发泡条件对于聚苯乙烯泡孔的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料及仪器

3.2.2 实验过程

3.2.3 测试表征分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 饱和压力对泡孔形貌的影响

3.3.2 发泡温度对泡孔形貌的影响

3.3.3 发泡时间对泡孔形貌的影响

3.4 本章小结

第四章 聚苯乙烯/石墨烯微孔发泡复合材料研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.2.1 原料及仪器

4.2.2 测试表征分析

4.2.3 实验过程

4.3 结果与讨论

4.3.1 二氧化碳在聚苯乙烯/石墨烯纳米复合材料中的溶解度

4.3.2 石墨烯的含量对于泡孔尺寸和泡孔密度的影响

4.3.3.石墨烯的含量对于发泡材料密度的影响

4.3.4 微孔聚苯乙烯/石墨烯复合发泡材料的导电性能

4.3.5 密度对发泡材料的导电性能的影响

4.3.6.微孔PS/石墨烯复合发泡材料的力学性能

4.4 本章小结

第五章 聚苯乙烯/SMA/石墨烯微孔发泡复合材料研究

5.1 前言

5.2 实验及测试

5.2.1 原料及仪器

5.2.2 实验过程

5.3 结果与讨论

5.3.1 二氧化碳在聚苯乙烯/SMA/石墨烯纳米复合材料中的溶解度

5.3.2 SMA/聚苯乙烯体系中石墨烯含量对于泡孔的影响

5.3.3 聚苯乙烯/SMA/石墨烯体系中SMA含量对于泡孔的影响

5.3.4 聚苯乙烯/SMA/石墨烯复合微孔泡沫导电性能的研究

5.4 本章小结

第六章 全文结论

参考文献

致谢

研究成果和发表的学术论文

作者和导师简介

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摘要

成核剂的加入降低了成核所需要的活化能,使得泡孔由均相成核变为异相成核,优化了泡孔结构。而聚合物纳米复合材料较之聚合物基体,电学性能,机械性能,热力学性能均有改善,成为近年来研究的热点,其发泡后的微孔泡沫有着泡孔尺寸分布更均匀、以及泡孔结构更细的优点,使得材料性能更优异。 本论文中,我们通过在聚苯乙烯(PS)中加入苯乙烯马来酸酐共聚物(SMA)作为相容剂以及加入石墨烯(graphene)填料来制备来研究聚苯乙烯/SMA/石墨烯纳米复合材料微孔泡沫材料,分别讨论了发泡条件工艺、石墨烯填料的加入、SMA的加入等不同条件对于发泡状态的影响,主要包括泡孔尺寸、泡孔密度以及泡孔分布的影响,通过深入讨论发泡材料泡孔形貌与各发泡工艺参数的关系优化了实验过程,并从聚合物与超临界流体之间的相互作用及相转变、气泡生长动力学等方面来定性分析。同时以聚苯乙烯/SMA/石墨烯纳米复合材料为基础,使用三种不同型号的SMA,制备复合材料,研究SMA的加入对于聚合物纳米泡沫导电性能以及电磁屏蔽性能的影响。 研究表明,石墨烯的存在提供异相成核的成核点,显著减小了泡孔的尺寸,提高泡孔的密度,SMA的加入同样有利于材料的微孔结构的形成。材料的电导率与材料的密度紧密相关,对于发泡材料来说,随着密度的变化电导率的变化非常的明显,SMA的加入明显提高了发泡后材料的电导率。微孔的体积排斥效应在提高电导率的同时,有助于提高材料的电磁屏蔽性能。加入石墨烯的质量分数达到5 wt%时,电磁屏蔽能效就可以达到22 dB,满足低电磁屏蔽材料的要求。

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