北化工《Carbon》：基于聚丙烯纤维和石墨烯纳米片/聚丙烯薄膜的自增强复合材料

成果简介

自增强聚合物复合材料 (SrPC) 具有许多优点，例如重量轻、易于回收、改善粘合和成本低。然而，SrPC机械性能的提高通常受到复合结构和狭窄的加工温度的限制。石墨烯与自增强机制的结合是实现聚合物复合材料力学性能显着改善的潜在方法。有必要研究调节石墨烯取向的自增强机制，以减少石墨烯的用量，提高力学性能。本文，北京化工大学JianWang等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“Self-reinforced composites based on polypropylene fiber and graphene nano-platelets/polypropylene film”的论文，研究介绍了通过薄膜堆叠将聚丙烯 (PP) 纤维和石墨烯纳米片 (GnPs)/PP 复合薄膜结合在一起的 SrPC。

单向排列的PP纤维形成狭窄的通道，在浸渍过程中促进GnP的取向。与纯PP 相比，制备的GnPs/PP SrPCs被表征。在仅0.019 wt%的极低GnPs含量下，PP的拉伸强度和模量分别提高了152%和186%，PP SrPCs的界面粘合力提高了 280%。成功地进行了数值模拟以评估膜堆叠过程中的处理温度和石墨烯取向的机制。证明了GnP通过流场在单向纤维区域上高度定向。这种新技术方法有可能用于具有优异机械性能的经济石墨烯/聚合物纳米复合材料的工业制造。

图文导读

图1。GnPs/PP SrPCs的制备工艺流程图和材料的微观形貌

图2。具有不同GnPs含量的GnPs/PP SrPCs的SEM图像

图3。PP 薄膜、0.05 wt% GnPs/PP 薄膜、PP SrPCs、0.019 wt% GnPs/PP SrPCs 和 PP 纤维的最佳拉伸强度和模量的比较。

图4。GnPs 在浸渍阶段随时间的取向 (a)，GnPs 在 SrPCs 中的分布和取向的放大视图 (b)，以及GnPs取向的统计结果 (c)。

文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.12.098