氧化石墨烯改性苧麻/聚丙烯復合材料的制備及性能研究

聶會捷，林海濱，楊曉慧，毛卡杰，胡李淦，李 鶯

氧化石墨烯改性苧麻/聚丙烯復合材料的制備及性能研究

聶會捷，林海濱，楊曉慧，毛卡杰，胡李淦，李 鶯

（嘉興學院材料與紡織工程學院，浙江嘉興 314001）

苧麻作為復合材料的增強體有著綠色環保且強度較高的優勢，但是苧麻與大部分樹脂基體間缺少良好的界面結合性能。本文首先制備氧化石墨烯來改性苧麻織物，再和聚丙烯膜熱壓復合制備得到苧麻/聚丙烯復合材料。結果表明氧化石墨烯的加入使得苧麻/聚丙烯復合材料的界面性能得到有效改善。

氧化石墨烯；苧麻；聚丙烯；復合材料

氧化石墨烯（GO）含有大量羥基、羧基等基團[1-3]，能提高其與苧麻間的界面粘結性；且其具有極大比表面積[4]，獨特的褶皺形態，納米級別的表面不平整性可增強其與苧麻和聚丙烯(PP)樹脂間的相互作用，改善復合材料界面的載荷傳遞。本文首先制備了GO來改性苧麻織物，再將其和聚丙烯薄膜熱壓制得復合材料，最后測試復合材料的界面強度。研究結果顯示，該方法能有效提高苧麻/聚丙烯復合材料的界面強度。

1 實驗

1.1 實驗材料和儀器

材料：苧麻織物，聚丙烯膜。試劑：無水乙醇，硝酸鈉，高錳酸鉀，98%濃硫酸。儀器：真空烘箱，硫化機，切割機，萬能力學試驗機，水浴鍋，離心機，超聲機。

1.2 實驗方法

采用改進的Hummers法，在水浴鍋中固定干燥的三口燒瓶，加入磁子，均勻倒入濃硫酸，保持溫度不高于4 ℃，依次均勻加入石墨粉、高錳酸鉀、硝酸鈉。保持溫度不高于4 ℃，反應4 h后，于35 ℃下恒溫反應0.5 h。量取184 mL蒸餾水勻速滴入燒瓶，控制溫度95 ℃反應0.5 h。將產物靜置后離心至pH為7，倒去液體，得到氧化石墨。取PP與苧麻于乙醇中超聲0.5h后分別烘干。按濃度不同稱取不同質量的氧化石墨，分別加水配置成200 mL溶液，超聲1 h后取出，苧麻浸入溶液，攪拌5 min，靜置0.5 h后烘干。硫化機溫度設為170 ℃，兩片PP中夾一片GO改性苧麻，于熱壓板中加壓至4.5 MPa加熱30s，后放于冷壓板中加壓至4.5 MPa冷壓30s。將單層加壓后的苧麻與PP層疊后放入熱壓板預熱20s，加壓到4.5MPa加熱30s，后于冷壓板中4.5MPa冷壓30s。界面強度測試的樣品長24 mm寬6 mm高3 mm。

2 結果和討論

2.1 GO表面形貌分析

制得的GO表面形貌見圖1。可以看出GO片層間距有所增大，片層尺寸有所減少，而且片層上出現明顯的褶皺形態，這是因為GO片層具有較大的比表面積，為了降低其表面能，維持其結構穩定性，其表面和邊緣較易形成褶皺和彎曲。

圖1 GO的SEM照片

2.2 織物表面形貌分析

經過GO改性苧麻織物的表面形貌見圖2。可以發現GO片層有效地分散在了苧麻織物的纖維縫隙內部，纖維表面含有的GO微片，其GO褶皺的形態，明顯提高了苧麻織物的表面接觸面積。

圖2 GO改性苧麻織物的SEM圖

2.3 復合材料的界面強度分析

1μm的GO改性苧麻/聚丙烯復合材料的界面強度見圖3。相比未改性的復合材料界面強度4.15MPa，所有經過GO改性的復合材料界面強度都有明顯提高，特別是當GO為1mg/mL時，其界面強度提高幅度最大。這是因為GO的含氧基團和極大的比表面積能改善苧麻與聚丙烯樹脂間的界面作用，增強復合材料界面的載荷傳遞。

圖3 GO改性苧麻/聚丙烯復合材料的界面強度

3 結論

本研究制備了GO并用其改性苧麻織物，改性后的苧麻/聚丙烯復合材料界面強度明顯提高。參考文獻：

[1]Dikin A, Stankovich S, Piner R, et al. Preparation and characterization of graphene oxide paper [J].Nature, 2007, 448:557-460.

[2]Zhu Y, Murali S, Cai W, et al. Graphene and graphene oxide: synthesis, properties and applications [J]. Advanced Materials, 2010, 22(35):3906-3924.

[3]Krishnamoorthy K, Veerapandian M, Yun K, et al.The chemical and structural analysis of graphene oxide with different degrees of oxidation [J]. Carbon，2013，53：38-49.

[4]楊 熙. 氧化石墨烯和石墨烯納米材料制備及其重金屬吸附性能研究[D]. 武漢：華中師范大學，2012.

Graphite oxide modified ramie/polypropylene composite material Preparation and performance studies

NIE Hui-jie, LIN Hai-bin, YANG Xiao-hui, MAO Ka-jie, HU LI-gan, LI Ying
( College of materials and textile engineering, Jiaxing University, Jiaxing 314100, China)

Ramie as a composite material has the advantage of green environment and high strength, but the ramie and most resin matrix are not good Interface combination performance. In this paper, the preparation of modified ramie and polypropylene film with polypropylene film was prepared Alloy material. The results show that the interface performance of ramie/polypropylene composites has been improved effectively.

graphene oxide; ramie. polypropylene; composite materials

TB332

A

投稿日期：2017-10-19

浙江省大學生科研創新團隊資助項目（2017R417006）

聶會捷，女，嘉興學院材料與紡織工程系本科在讀，研究方向：纖維增強復合材料。