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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。

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，有望在高性能電子器件、復(fù)合材料、場發(fā)射材料、氣體傳感器及能量存儲等領(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，具有獨特的二維周期蜂窩狀點陣結(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，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，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，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，對于石墨烯/聚合物復(fù)合材料，可以通過對剪切力、溫度和極性溶劑的控制來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，會對環(huán)境造成不良影響。

熔融共混法是制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料比較實用的方法，其工藝較為簡單，可實現(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，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)熱添加劑后會對聚合物產(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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