水辅混炼挤出聚合物/石墨烯纳米复合材料的结构与性能
批准号:
21374033
项目类别:
面上项目
资助金额:
83.0 万元
负责人:
黄汉雄
依托单位:
学科分类:
B0511.特种功能材料化学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
Turng Lih-Sheng、鲍江宏、王建康、汪斌、许琳琼、肖成龙、李为平、陈安伏、肖书平
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中文摘要
聚合物/石墨烯纳米复合材料因其优异性能而具有广阔的应用前景,但目前其规模化制备方面仍存在很大挑战。本项目率先提出采用水这种绿色介质辅助混炼挤出技术制备这种纳米复合材料,自主研制水辅混炼挤出的关键装置,研究制备过程中的基本科学问题。采用可视化实验和理论分析相结合的方法,研究挤出机流场作用下石墨烯/水悬浮液滴在熔体中发生的形变和破裂过程。采用单种聚合物和共混物,通过两种石墨烯加入方式,并改变加工条件,制备纳米复合材料,研究、分析其流变行为、结构形态和性能,分析流场-流变-结构形态-性能之间的内在有机联系。在此基础上,揭示水和复杂加工流场协同促进石墨烯片层剥离和分散以及聚合物/石墨烯纳米复合材料结构形态形成和演变的机理。通过本项目研究,可促进石墨烯在聚合物中良好地分散和排列,为批量、连续、高效地制备高性能、功能化的聚合物/石墨烯纳米复合材料提供理论依据,有望获得制备新材料的创新原理和关键技术。
英文摘要
Polymer/graphene nanocomposites exhibit extensive applications due to their superior properties. However, there is still a great challenge in their large-scale preparation. In this project, pioneering researches are carried out on preparing this kind of nanocomposites via water-assisted mixing and extrusion. Key set-up for water-assisted mixing and extrusion is developed. Fundamental scientific issues during water-assisted mixing and extrusion of polymer/graphene nanocomposites are investigated. The deformation and breakup of aqueous suspension droplets of graphene within flowing polymer melt in the extruder are investigated by combining visual experiments with theoretical analyses. The polymer/graphene nanocomposites are prepared via two incorporated modes of the graphene under different processing conditions. The rheologies, microstructure/phase morphology, and properties of the as-extruded nanocomposites are investigated and analyzed. Then the relationship among processing flow fields, rheologies, microstructure/morphology, and properties is analyzed. Based on the aforementioned results, the mechanism is revealed for synergistic promotion of the exfoliation and dispersion for the graphene and of the formation and development for the microstructure/morphology in the as-extruded polymer/graphene nanocomposites by both water and complicated processing flowing fields. This research work can help to promote the exfoliation and orientation of the graphene in polymers, and provide a theoretical base for preparing polymer/graphene nanocomposites with high properties and functionalities in a large-scale, continuous, and efficient way. Moreover, this work is expected to prompt the inventive principles and techniques for preparing novel materials.
聚合物基纳米复合材料(尤其含石墨烯)因其优异性能而具有广阔的应用前景,但目前其规模化制备仍存在很大挑战。.主要研究内容:.1. 研制了水辅助混炼挤出的关键装置,构建一套与水辅助混炼挤出设备相连的可视化观测系统。.2. 采用在线可视化、实时观察实验并结合理论分析,对挤出机螺杆流场作用下水悬浮液滴在熔体中发生的流动、形变和破裂过程进行了研究。.3. 采用研制的水辅助混炼挤出设备,通过改变注水相关参数和螺杆结构等,连续制备了以下几种聚合物基(纳米)复合材料:.1)聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)纳米复合材料和聚苯乙烯(PS)/PVDF-GO共混物纳米复合材料.2)聚甲基丙烯酸甲酯/膨胀石墨(EG)和聚丙烯/EG复合材料.3)PVDF/埃洛石纳米管(HNTs)和PP/HNTs纳米复合材料.对制备的纳米复合材料的线性和非线性黏弹行为、微观结构/相形态和晶体结构以及宏观性能和功能性进行了较全面的研究,分析了流变–结构形态–性能之间的内在有机联系。.4. 综合上述研究结果并结合挤出机螺杆的混炼流场,分析、揭示了水辅助混炼挤出(WAME)过程中注入的水和混炼流场协同促进纳米粒子剥离和分散以及聚合物基纳米复合材料结构形态和晶体结构演变的机理。.重要结果、关键数据及其科学意义:.1. WAME过程中注入的水促进了GO的插层、剥离和分散,揭示了水促进GO片表面含氧基团与PVDF分子链之间相互作用的机理,尤其是揭示了水促进GO分别与PS和PVDF相之间的相互作用以及促进GO增容PS与PVDF的机理。.2. 注入的水促进了EG的插层、剥离和分散,揭示了水促进EG与PMMA或PP之间相互作用从而提高复合材料热导率的机理。仅7 wt% EG使PMMA热导率提高3.1倍。.3. 揭示了水同时促进GO在PVDF中剥离和分散以及原位热还原从而提高PVDF/GO纳米复合材料热传导性能的机理。仅1 wt%的GO使PVDF热导率提高1.3倍。.4. 揭示了水促进HNTs在PVDF中分散并提高PVDF/HNTs纳米复合材料的β晶含量、塑性形变和熔体可拉伸性的机理。.据本项目组成员所知,上述结果是通过本项目研究首次获得的。
期刊论文列表
专著列表
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会议论文列表
专利列表
Enhancing thermal conductivity and mechanical properties of poly (methyl methacrylate) via adding expanded graphite and injecting water
添加膨胀石墨和注水提高聚甲基丙烯酸甲酯的导热性能和力学性能
DOI:10.1016/j.compositesa.2017.08.010
发表时间:2017
期刊:Composites Part A-Applied Science and Manufacturing
影响因子:8.7
作者:Wu Min;Huang Han-Xiong;Tong Jun;Ke Dong-Ying
通讯作者:Ke Dong-Ying
Enhancing beta-phase content and tensile properties in poly(vinylidene fluoride) by adding halloysite nanotubes and injecting water during extrusion
通过添加埃洛石纳米管并在挤出过程中注入水来提高聚偏二氟乙烯中的 β 相含量和拉伸性能
DOI:10.1016/j.matdes.2016.07.022
发表时间:2016
期刊:Materials & Design
影响因子:8.4
作者:Wu Min;Huang Han-Xiong;Tong Jun
通讯作者:Tong Jun
In situ vitamin C reduction of graphene oxide for preparing flexible TPU nanocomposites with high dielectric permittivity and low dielectric loss
原位维生素C还原氧化石墨烯制备高介电常数、低介电损耗的柔性TPU纳米复合材料
DOI:10.1016/j.polymertesting.2018.01.026
发表时间:2018-04
期刊:Polymer Testing
影响因子:5.1
作者:Xiao Shu-Ping;Huang Han-Xiong
通讯作者:Huang Han-Xiong
Promoting compatibilization effect of graphene oxide on immiscible PS/PVDF blend via water-assisted mixing extrusion
水辅助混合挤出促进氧化石墨烯对不混溶PS/PVDF共混物的增容作用
DOI:10.1016/j.compscitech.2017.07.005
发表时间:2017-09
期刊:Composites Science and Technology
影响因子:9.1
作者:Tong Jun;Huang Han-Xiong;Wu Min
通讯作者:Wu Min
流场与超临界流体共同改善微细孔中空
吹塑的微纤网络和泡孔结构
- 批准号:--
- 项目类别:省市级项目
- 资助金额:10.0万元
- 批准年份:2025
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
柔性多孔传感聚合物泡孔和导电网络结构的设计、制备及调控
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2020
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
高分子表面多层次微/纳结构的成型新方法和调控
- 批准号:51533003
- 项目类别:重点项目
- 资助金额:290.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
高孔隙率材料泡孔结构的相形态和流变调控机理
- 批准号:11172105
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万元
- 批准年份:2011
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
水辅注塑中多层次结构形成与演变机理
- 批准号:20874031
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:34.0万元
- 批准年份:2008
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
基于流变性能的混沌混炼流场参数与聚合物共混物和纳米复合材料形态的关系
- 批准号:10672061
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:30.0万元
- 批准年份:2006
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
流场中高分子共混物形态-流变-性能的模拟与实验研究
- 批准号:10272048
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:27.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
基于模拟的塑料拉伸吹塑制品形态和性能的控制
- 批准号:20274012
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:22.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
塑料吹塑中型坯吹胀与制品冷却的动力学
- 批准号:29804004
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:13.0万元
- 批准年份:1998
- 负责人:黄汉雄
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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