聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.007

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 41-48.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.007

聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究

何明峰¹, 王珂¹, 王启扬², 杨肖², 郭红³(), 胡泊洋³, 李保安³()

^1.国网浙江省电力有限公司金华供电公司，浙江金华 321000
^2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），南京 211100
^3.南开大学环境科学与工程学院，天津 300350

收稿日期:2021-08-23 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
通讯作者: 郭红（1985—），女，助理研究员，从事聚合物基高导热复合材料的设计与制备研究，guohong1218@163.com
李保安（1963—），男，教授，从事高导热聚合物复合材料制备及化工换热应用研究，libaoan@nankai.edu.cn
E-mail:guohong1218@163.com;libaoan@nankai.edu.cn;guohong1218@163.com
基金资助:
国家电网公司科研项目?石墨烯复合材料高效蓄冰装置关键技术研究与工程示范(5419?202019385A?0?0?00)

Study on polyvinylidene fluoride/matrix⁃like groups⁃modified graphene composites with high thermal conductivity

HE Mingfeng¹, WANG Ke¹, WANG Qiyang², YANG Xiao², GUO Hong³(), HU Boyang³, LI Baoan³()

^1.State Grid Zhejiang Electric Power Company Jinhua Power Supply Company，Jinhua 321000，China
^2.NARI Group Corporation （State Grid Electric Power Research Institute），Nanjing 211100，China
^3.College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300350，China

Received:2021-08-23 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23
Contact: GUO Hong, LI Baoan E-mail:guohong1218@163.com;libaoan@nankai.edu.cn;guohong1218@163.com

摘要/Abstract

摘要：

采用含类基体基团的乙烯基三甲氧基硅烷修饰氧化石墨烯（GO），再用“一锅法”将其还原得到功能化石墨烯（F?GE），通过溶剂浇注法制备出界面性能优良的聚偏氟乙烯导热复合材料（PVDF/F?GE）。利用红外光谱仪（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、热导率测试仪、电子拉力试验机对复合材料的改性状态、微观形貌、导热性能和力学性能等进行了分析表征。结果表明，类基体基团修饰后的石墨烯分散性大幅度提高，且与基体PVDF之间的相容性也得到明显改善，显著增强了PVDF复合材料的热稳定性、拉伸强度和导热性能；当F?GE含量为20 %（质量分数，下同）时，PVDF/F?GE体系的热导率达到2.08 W/（m·K），比纯PVDF的0.22 W/（m·K）提高了845 %，而聚偏氟乙烯/未改性石墨烯（PVDF/GE）体系热导率为1.12 W/（m·K），仅比纯PVDF提高了409 %；同时，PVDF/F?GE复合材料可保持较好的力学性能和热稳定性，其拉伸强度可达112.6 MPa，而熔点和热分解温度分别为171.3 ℃和471 ℃，分别比纯PVDF提升了5.5 ℃和7 ℃。

关键词: 石墨烯, 聚偏氟乙烯, 导热性能, 力学性能, 复合材料

Abstract:

Graphene oxide was modified with vinyl trimethoxysilane containing matrix?like groups， and then functionalized graphene （F?GE） was reduced through a one?pan method. The thermal conductive polyvinylidene fluoride （PVDF）/F?GE composites with excellent interface properties were prepared using a solvent?casting method. The modified state， microstructure， thermal conductivity， and mechanical properties of the obtained composites were investigated using infrared spectrometer， scanning electron microscope， thermal conductivity tester， and electronic tensile testing machine. The results indicated that the dispersibility of the F?GE was enhanced greatly， and its compatibility with the PVDF matrix was improved significantly. The thermal stability， tensile strength， and thermal conductivity of the composites were significantly increased. When the content of F?GE was 20 %， the composite achieved a thermal conductivity 2.08 W/（m·K）， which was 845 % higher than that of pure PVDF ［0.22 W/（m·K）］. However， the PVDF/GE composite only showed an increase in thermal conductivity by 409 %. Meanwhile， the composites maintained good mechanical properties and thermal stability， and their tensile strength reached 112.6 MPa. The composites also exhibited a melting point of 171.3 ℃ and a thermal decomposition temperature of 471 ℃， which were higher than pure PVDF by 5.5 ℃ and 7 ℃， respectively.

Key words: graphene, polyvinylidene fluoride, thermal conductivity, mechanical property, composite material

中图分类号:

TQ325.1⁺2

何明峰, 王珂, 王启扬, 杨肖, 郭红, 胡泊洋, 李保安. 聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 41-48.

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图/表 11

图1 F?GE制备过程

Fig.1 Preparation process of F?GE

图2 GO和F?GE的FTIR谱图

Fig.2 FTIR spectra of GO and F?GE

图3 GE、GO和F?GE的拉曼光谱图

Fig.3 Raman spectra of GE， GO and F?GE

图4 GE和F?GE的分散状态

Fig.4 Decentralized state of GE and F?GE

图5 复合材料的SEM照片

Fig.5 SEM images of the composites

图6样品的TG曲线

Fig.6 TG curves of the samples

图7 不同F?GE含量PVDF/F?GE的热稳定性

Fig.7 Thermal stability of PVDF/F?GE with different F?GE content

填充材料	填料含量/%	T₅/℃	T₃₀/℃	T/℃
—	—	443.2	476.5	227.0
F⁃GE	1	446.0	486.1	230.3
GE	10	408.8	471.7	218.8
F⁃GE	10	451.1	489.4	232.3
F⁃GE	20	455.3	500.9	236.5

表1 PVDF复合材料的T

Tab.1 Heat resistance index of PVDF composites

图8 PVDF复合材料的拉伸强度

Fig.8 Tensile strength of PVDF composites

图9 PVDF复合材料的拉伸强度增长率

Fig.9 Tensile strength enhancement rate of PVDF composites

图10 PVDF复合材料的导热性能

Fig.10 Thermal conductivity of PVDF composites

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聚偏氟乙烯/类基体基团修饰石墨烯导热复合材料研究

Study on polyvinylidene fluoride/matrix⁃like groups⁃modified graphene composites with high thermal conductivity

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