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            偶聯劑KH550對聚丙烯/鱗片石墨復合材料的影響
            作者:zyjzhao           時間:2021-09-20 10:46:13

            導讀

            日前,河南省科技廳公示了2019年度河南省創新示范專項支持項目名單,洛陽的高碳酸鈣螢石礦綜合高效利用等11個項目入選,共獲得2300萬元省研發項目經費支持。

            近年來,使用鱗片石墨(FG)改性聚丙烯(PP),制備低成本、高導熱復合材料越來越受到關注。PP價格低、耐腐蝕、力學性能優良、加工性能良好;FG來源廣泛、熱導率很高,但是FG和PP的相容性差,難以混合均勻。為了解決上述問題,河北科技大學王錚錚等通過添加偶聯劑改善了FG與PP的相容性,利用開煉機的剪切力作用提高了FG在PP中的分散性,研究了偶聯劑品種及其用量,FG含量及其粒徑對復合材料熱導率及力學性能的影響,制得了具有較高熱導率和較好力學性能的PP/FG導熱復合材料,該材料在化工、建筑、電子、海水淡化等領域的換熱設備應用前景廣闊。


            1、偶聯劑品種對PP/FG復合材料性能的影響

            未添加及使用硅烷偶聯劑KH–550,KH–560,KH–570進行了對比實驗。經過KH–550處理后,復合材料的拉伸強度、拉伸彈性模量、彎曲強度和彎曲彈性模量分別達到了最高的34.4MPa,8.02GPa,51.5MPa和9.10GPa,優于用另外兩種偶聯劑處理和未處理過FG的復合材料力學性能。

            2、偶聯劑用量對PP/FG復合材料性能的影響

            添加50%粒徑為17μm的FG,改變KH–550在FG中的含量,制備導熱復合材料,5組實驗數據顯示復合材料的拉伸強度先增大后減小。當KH–550的含量為1%時,拉伸強度明顯增大,拉伸模量和彎曲模量都有顯著提高。


            3、FG粒徑對PP/FG復合材料性能的影響

            在固定FG含量為50%,KH–550用量為FG含量1%的條件下,分別選用粒徑為17,27,37,74,148μm的FG制備復合材料。


            熱導率:


            隨著FG粒徑的增大,復合材料的熱導率也在相應提高。FG粒徑為17μm的復合材料熱導率為1.76W/(m·K),而FG粒徑為148μm的復合材料的熱導率達到了2.68 W/(m·K),比前者提高了52.3%。

            力學性能:


            隨著FG的粒徑逐漸增大,復合材料的拉伸強度與彎曲強度都在逐漸減小。當FG的粒徑為17μm時,復合材料的拉伸強度為34.4MPa、拉伸彈性模量為8.02GPa、彎曲強度為51.5MPa、彎曲彈性模量為9.10GPa。

            SEM分析:


            17μm FG制備的試樣斷面比148μm FG制得試樣的斷面更加規整。

            4、FG含量對PP/FG復合材料性能的影響

            固定FG的粒徑為17μm,KH–550用量為石墨含量的1%,制備FG含量不同的復合材料,熱導率和力學性能測試結果如下:

            熱導率


            力學性能


            隨著FG含量的增大,復合材料的熱導率隨之增大,拉伸強度和彎曲強度先降低后升高,在20% FG含量時降到最低;拉伸彈性模量和彎曲彈性模量都隨著FG含量的增大而增大,斷裂拉伸應變和斷裂彎曲應變相應減小。

            5、結論

            使用粒徑17μm的FG,在添加70%FG,KH–550為FG含量的1%的條件下,通過開煉機混煉、模壓制備的PP/FG導熱復合材料的熱導率為4.16W/(m·K),拉伸強度36.1MPa,拉伸彈性模量10.7GPa,彎曲強度59.0MPa,彎曲彈性模量13.72GPa。