石墨烯和塑料如何復(fù)合？石墨烯高導(dǎo)熱塑料如何制備？

高導(dǎo)熱塑料因其良好的加工性能、低廉的價(jià)格以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性能而在變壓器電感、電子元器件散熱、特種電纜、電子封裝、導(dǎo)熱灌封等領(lǐng)域大放異彩。以石墨烯為填料的高導(dǎo)熱塑料能夠滿足熱管理、電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求。

隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)導(dǎo)熱材料也提出了更高的要求。具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的陶瓷、金屬等材料，由于其電絕緣性和加工性能較差、成本高，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的需求。因此，開發(fā)新型導(dǎo)熱復(fù)合材料已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

石墨烯是一種由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)的新型碳納米材料，厚度僅為0.35 nm。由于其具有大的比表面積、良好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性、較強(qiáng)的疏水性、易于進(jìn)行化學(xué)修飾等優(yōu)點(diǎn)，有望在高性能電子器件、復(fù)合材料、場(chǎng)發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲(chǔ)等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。而且它是由sp2雜化碳原子緊密排列形成，具有獨(dú)特的二維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)單元中所存在的穩(wěn)定碳六元環(huán)賦予其優(yōu)異的熱性能，被認(rèn)為是優(yōu)秀的熱控材料。

以石墨烯為填料的高導(dǎo)熱塑料能夠滿足熱管理、電子工業(yè)中高密度、高集成度組裝發(fā)展的要求。例如純聚酰胺6(PA6)的熱導(dǎo)率為0.338 W/(m?K)，當(dāng)填充50%的氧化鋁時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為純PA6的1.57倍；當(dāng)添加25%的改性氧化鋅時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率比純PA6提高了3倍；而當(dāng)添加20%的石墨烯納米片時(shí)，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到4.11 W/(m?K)，比純PA6提高了15倍以上，這展示了石墨烯在熱管理領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

石墨烯/聚合物復(fù)合材料導(dǎo)熱性能的優(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)致填料在基體中的分散性、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。就目前研究所知，對(duì)于石墨烯/聚合物復(fù)合材料，可以通過對(duì)剪切力、溫度和極性溶劑的控制來(lái)控制石墨烯的分散程度以及石墨烯片層的剝離程度。

傳統(tǒng)石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備方法包括溶液混合法和熔融共混法，而在化學(xué)改性方面應(yīng)用較多的還有原位聚合法、乳液混合法、層層自組裝技術(shù)(LbL)等。

研究發(fā)現(xiàn)，與熔融共混法相比，溶液混合法能將石墨烯更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。

熔融共混法是制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料比較實(shí)用的方法，其工藝較為簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的大規(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)，最后制得復(fù)合材料。通過將石墨烯材料分散于二甲基乙酰胺(DMAC)中進(jìn)行功能化處理，使其能夠更好地分散于有機(jī)溶劑，再通過原位聚合法合成石墨烯/聚酰亞胺納米復(fù)合材料。

通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，這種方法沒有破壞復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，并且當(dāng)石墨烯材料體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，復(fù)合材料的彈性模量提高了86.4%。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。

石墨烯/聚合物復(fù)合材料的制備方法包括溶液混合法和熔融共混法，還有化學(xué)改性方面應(yīng)用較多的還有原位聚合法、乳液混合法、層層自組裝技術(shù)，那么需要什么樣的設(shè)備？可以采用上海依肯機(jī)械設(shè)備有限公司——特制研磨分散設(shè)備

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