氨基化氟化石墨烯增强热塑性聚氨酯的制备与性能研究

作者：王梅桂; 王湘玲; 叶相元^*

来源：表面技术, 2022, 51(09): 141-150.

DOI：10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2022.09.014

• 热塑性聚氨酯
• 氨基化氟化石墨烯
• 力学性能
• 摩擦系数
• 磨损体积

目的 制备氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯复合材料，进一步提升热塑性聚氨酯(TPU)的综合性能。方法 通过亲核取代反应将尿素分子修饰在氟化石墨烯(FG)表面，得到氨基化氟化石墨烯(AFG)。将AFG作为填料与TPU复合，得到不同质量浓度的氨基化氟化石墨烯/热塑性聚氨酯(AFG/TPU)复合薄膜。通过SEM、TEM、AFM、XPS、XRD、Raman对FG、AFG粉末和AFG/TPU复合薄膜进行表征，使用万能材料试验机、多功能摩擦磨损试验机对AFG/TPU复合薄膜进行力学、摩擦学性能测试。结果 经过尿素分子与FG表面的C—F亲核取代反应，得到表面氨基化的AFG，使AFG片层表面不仅有大量的氟元素，而且有能与TPU分子链形成氢键作用力的氨基官能团，从而保证了AFG可均匀分散于TPU基体中。3.25-AFG/TPU复合材料的拉伸强度为5.97MPa，较3.25-FG/TPU复合薄膜的拉伸强度(4.37MPa)增加了36.6%，较纯TPU的拉伸强度(2.51 MPa)增加了137.8%。纯TPU磨损体积为0.56 mm3,3.25-FG/TPU复合材料的磨损体积为0.42 mm3，较纯TPU减小了25%;3.25-AFG/TPU复合材料的磨损体积为0.18 mm3，较纯TPU减小了67.8%。3.25-AFG/TPU复合薄膜的磨损率为1.67×10–2 mm3/(N·m)，较TPU的磨损率(5.18×10–2 mm3·N–1·m–1)降低了67.8%。结论 当FG和AFG分别作为纳米填料时，发现3.25-AFG/TPU力学性能和摩擦学性能均优于3.25-FG/TPU，这是因为AFG不仅保持了FG良好的分散性，使得其可以均匀分散在TPU基体中，而且表面氨基更赋予了AFG与TPU分子链形成氢键作用力的能力，使得拉伸应力和摩擦剪切力可以通过TPU分子链传递到AFG纳米材料表面，最终有效增强了TPU的抗拉伸强度和耐磨损性能。复合材料拉伸断面的微观形貌分析表明，应力可以从TPU分子链传递到AFG表面，AFG起到了分散应力的作用。磨损表面分析表明，TPU和AFG/TPU复合薄膜的磨损机制主要为疲劳磨损。因此，AFG增强AFG与TPU界面的相互作用，最终增强了TPU的力学性能和摩擦学性能。

• 单位
  宝鸡文理学院