聚脲-石墨烯纳米复合材料——硬段含量与纳米颗粒负载对力学性能的影响
材料科学
2023-11-21 v1 软凝聚态物质
摘要
聚氨酯与聚脲基粘合剂广泛应用于从汽车到电子再到医疗的各种领域。粘合性能强烈依赖于其组成，建立配方-结构-性能关系对制造更优产品至关重要。在此，我们研究了以 IPDI 基聚脲（PUa）为基体、剥离石墨烯纳米片（xGnP）为填料的聚脲纳米复合材料的线性粘弹性性能对硬段质量分数（HSWF）与 xGnP 负载量的依赖关系。我们利用扫描电子显微镜（SEM）与动态力学分析（DMA）对材料进行表征。研究发现，改变 HSWF 会导致材料刚度显著变化：20% HSWF 聚合物约为 10 MPa，30% HSWF 约为 100 MPa，40% HSWF 约为 250 MPa（由室温拉伸储能模量测得）。xGnP 负载量的影响则明显有限，通常处于实验误差范围内，但在 20% HSWF 材料中，xGnP 的加入使刚度提高约 80%。为正确解释 DMA 结果，我们建立了一种基于物理的流变学新模型来描述储能模量与损耗模量。该模型基于分数阶微积分方法，仅用每组材料六个具有物理意义的拟合参数，便成功描述了在宽温度范围（-70°C 至 +70°C）与频率范围（0.1 至 100 s⁻¹）内的材料流变行为。结果为开发纳米复合 PUa 基材料提供了指导。
引用
@article{arxiv.2311.07721,
title = {Polyurea-Graphene Nanocomposites -- the Influence of Hard-Segment Content and Nanoparticle Loading on Mechanical Properties},
author = {Demetrios A. Tzelepis and Arman Khoshnevis and Mohsen Zayernouri and Valeriy V. Ginzburg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.07721},
year = {2023}
}
备注
Accepted to MDPI Polymers