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漲姿勢！這些石墨烯改性塑料復(fù)合材料制備方法你知道嗎？
【塑料機(jī)械網(wǎng) 技術(shù)學(xué)堂】在塑料方面，石墨烯的產(chǎn)業(yè)化及研究方向主要在：防靜電功能塑料、導(dǎo)熱功能塑料、高強(qiáng)度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過塑料膜五方面。結(jié)合了石墨烯優(yōu)點(diǎn)的新型塑料，憑借其的性能，打破了傳統(tǒng)工業(yè)中材料使用的限制，使塑料產(chǎn)業(yè)迎來新的利潤增長點(diǎn)，石墨烯復(fù)合塑料也因此被人們廣泛看好。
石墨烯改性塑料
防靜電功能塑料：在我們的認(rèn)知里，塑料是絕緣體，具有高電阻，石墨烯與塑料基體結(jié)合后，使塑料的表面電阻降低，并且具有了導(dǎo)靜電功能。石墨烯作為一種新興導(dǎo)電填料，不僅具有優(yōu)異的力學(xué)性能，電子遷移率非常高，且橫縱比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導(dǎo)率低逾滲濃度的塑料，即聚氯乙烯(PVC)/石墨烯復(fù)合材料；PE–HD具有成本低、力學(xué)性能好、絕緣性能好、熱穩(wěn)定性好和加工方便等優(yōu)點(diǎn)。但是材料表面容易積聚電荷，石墨烯納米片(GNP)的加入可使材料導(dǎo)電性能得到改善，并且采用聚苯胺(PANI)用于封裝GNP，其可減少成本并能提升GNP在PE–HD中的分散性和相容性，得到具有優(yōu)異力學(xué)性能和抗靜電性能的抗靜電PE–HD復(fù)合材料，即高密度聚乙烯(PE–HD)/石墨烯復(fù)合材料。
導(dǎo)熱功能塑料：普遍來講，塑料的熱導(dǎo)率較差，僅0.1-0.5W/m·K，但石墨烯塑料的熱導(dǎo)率可達(dá)到5-10W/m·K。添加石墨烯后，塑料可應(yīng)用于LED燈的散熱件、汽車散熱件、電子電器散熱殼體等領(lǐng)域，取代部分金屬鋁等常用散熱材料，從而推進(jìn)器件的輕量化。目前發(fā)展較好的復(fù)合材料有熱塑性聚氨酯(PUR-T)/石墨烯復(fù)合材料、尼龍(PA)6/石墨烯復(fù)合材料、聚丙烯(PP)/石墨烯復(fù)合材料等。
高強(qiáng)度塑料：石墨烯具有出色的機(jī)械性能，力學(xué)拉伸強(qiáng)度能達(dá)到130GPa，而這一優(yōu)勢也投射到石墨烯塑料上。目前汽車輕量化趨勢之下，石墨烯增強(qiáng)材料可以代替原本汽車使用的金屬材料，滿足汽車向輕量化發(fā)展和低能耗等需求。當(dāng)前，石墨烯在工程塑料用量較大的兩種材料是尼龍（PA）6和尼龍(PA)66。
高氣體阻隔塑料：石墨烯的碳原子以蜂窩形結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合在一起，當(dāng)其完全剝離并分散在聚合物納米復(fù)合材料中時(shí)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)延長了氣體擴(kuò)散的路徑，可大幅提高塑料的氣體阻隔性。
高離子選擇透過塑料膜：石墨烯在過濾凈化方面擁有很強(qiáng)的能力，緊密結(jié)構(gòu)能夠允許水分子通過，從而阻擋其他有害物質(zhì)。而通過表面改性后的塑料也可以用于分離不同性質(zhì)的液體。
石墨烯塑料制備方法
石墨烯塑料(石墨烯改性塑料復(fù)合材料)性能的優(yōu)劣與其制備過程中的加工條件是分不開的。不同的制備方法導(dǎo)致石墨烯在基體中的分散性、界面作用和空間結(jié)構(gòu)均有所不同，而這些因素則決定了復(fù)合材料的剛度、強(qiáng)度、韌性和延展性等。
石墨烯塑料的物理制備方法包括溶液混合法和熔融共混法，化學(xué)方法方面應(yīng)用較多的有原位聚合法、乳液混合法、層層自組裝技術(shù)(LbL)等。
溶液混合法：溶液混合法是將石墨烯材料(GO、RGO)在溶劑中溶解制得懸浮的單層石墨烯，使其更大程度地分散在聚合物基體中。溶液混合法能將石墨烯較好地分散在聚合物基體中。這種方法因其分散效果好、制備速度快以及能夠很好地控制各成分的狀態(tài)而得到了廣泛的應(yīng)用；但該方法需要使用有機(jī)溶劑，會(huì)對(duì)環(huán)境造成不良影響。
熔融共混法：熔融共混法是一種無溶劑制備方法，利用擠出機(jī)產(chǎn)生的剪切力克服界面作用力將填料分散在聚合物熔體中。熔融共混中由于分別制備石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸與形態(tài)可控，但是石墨烯在聚合物基體中集聚而不易分散，并且與聚合物的界面作用較差。熔融共混法是制備石墨烯塑料比較實(shí)用的方法，其工藝較為簡單，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模低成本制備，但是較高的溫度和局部壓力會(huì)影響復(fù)合材料各成分的穩(wěn)定性。
原位聚合法：原位聚合法是將石墨烯與聚合物單體混合，然后加入催化劑引發(fā)反應(yīng)，后制得復(fù)合材料。通過檢測發(fā)現(xiàn)，這種方法沒有破壞復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，不過原位聚合法的反應(yīng)條件難以確定，加入導(dǎo)熱添加劑后會(huì)對(duì)聚合物產(chǎn)生不確定影響。
乳液混合法：乳液混合法則利用了經(jīng)表面改性的石墨烯在水中的良好分散性，將其分散液與聚合物乳液混合，然后通過還原制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料。同熔融共混法相比，乳液混合法制備的復(fù)合材料具有更好的分散效果和空間穩(wěn)定性，而且該方法不使用有機(jī)溶劑，不破壞環(huán)境。
層層自組裝技術(shù)(LbL)：層層自組裝技術(shù)(LbL)在制備高強(qiáng)超薄薄膜、細(xì)胞膜和高強(qiáng)涂料方面很有優(yōu)勢。該技術(shù)能夠調(diào)節(jié)石墨烯/聚合物界面，使石墨烯得到良好分散。
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