在改性塑料領(lǐng)域，石墨烯又大放異彩了111
發(fā)表時(shí)間：2020-03-17 09:16 自2004年，由海姆和諾沃肖洛夫首先制備出石墨烯以來，作為世界最薄的二維材料，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界總能掀起一波又一波的研究熱潮。 十幾年來，在各行各業(yè)，石墨烯不斷煥發(fā)生機(jī)，憑依著性能優(yōu)異、成本低廉、可加工性好等眾多優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于交通、建筑、包裝、家電、醫(yī)療、體育、電子、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域，有效的擴(kuò)大了市場范圍。 目前，將具有優(yōu)異性能的石墨烯用于塑料改性，已逐漸成為一種新的熱點(diǎn)。人們預(yù)測，有望在二十一世紀(jì)掀起一場新的技術(shù)
石墨烯改性塑料的應(yīng)用 目前，國內(nèi)外對(duì)石墨烯改性塑料的研究成果豐碩，主要集中在石墨烯改善塑料的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、力學(xué)性能和阻隔性能等方面。
石墨烯改性后的塑料性能更為優(yōu)異，能帶來新的市場，以下是較為成熟，頗具市場前景的四種改性塑料。 防靜電功能塑料 (1)聚氯乙烯(PVC)/石墨烯復(fù)合材料 塑料本身是一種絕緣材料，表面電阻高達(dá)1×1013Ω以上，限制了其在防靜電、導(dǎo)電等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。 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。 (2)高密度聚乙烯(PE–HD)/石墨烯復(fù)合材料 PE–HD應(yīng)用廣泛，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，由于其固有絕緣性限制了應(yīng)用領(lǐng)域，因此同樣存在一些問題，如材料表面容易積聚電荷等。 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。 具有優(yōu)異力學(xué)性能和抗靜電性能的永久抗靜電PE–HD復(fù)合材料可以在許多行業(yè)中得到應(yīng)用。 導(dǎo)熱功能塑料 近幾十年來，伴隨著電子器件性能的快速提高，電子器件散熱的有效管理已成為現(xiàn)代電子工業(yè)中最為關(guān)鍵的問題之一。通常使用低模量聚合物基復(fù)合材料制成熱界面材料來解決這個(gè)問題。 石墨烯不僅在導(dǎo)電性能方面發(fā)揮重要作用，在開發(fā)高導(dǎo)熱性能聚合物復(fù)合材料中，也顯示出巨大的應(yīng)用前景。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，已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視。 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。 增強(qiáng)塑料 除了上述提到的石墨烯能為塑料提供導(dǎo)電導(dǎo)熱的特性以外，其還能賦予塑料優(yōu)異的力學(xué)性能。 目前已經(jīng)有石墨烯在發(fā)泡塑料領(lǐng)域的應(yīng)用，并且應(yīng)用于包裝、軍工等領(lǐng)域，也有利用石墨烯的高強(qiáng)度特性，開發(fā)新型的石墨烯汽車，使用石墨烯復(fù)合塑料做為汽車的骨架及結(jié)構(gòu)件，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最大的兩種材料是尼龍（PA）6和尼龍(PA)66。 氣體阻隔功能塑料 在現(xiàn)代社會(huì)中，聚合物包裝在易變質(zhì)物(如食品和藥)的保存和分銷中起著至關(guān)重要的作用。但聚合物基包裝材料性能往往受限于對(duì)氣體和蒸汽的固有滲透性，因此，開發(fā)改進(jìn)的阻隔性塑料的研究已廣泛升級(jí)。 聚合物納米復(fù)合材料的氣體阻隔性主要由3個(gè)因素決定：填料性質(zhì)(氣體擴(kuò)散阻力、長徑比和體積分?jǐn)?shù))、聚合物基體的固有阻隔性和分散質(zhì)量(團(tuán)聚/特定界面、中間界面形成的自由體積和填料片層的結(jié)構(gòu)/取向)。 石墨烯具有高透明度、相對(duì)較大的長徑比和大的比表面積，當(dāng)其完全剝離并分散在聚合物納米復(fù)合材料中時(shí)，會(huì)使氣體滲透分子經(jīng)過更長的路徑，可大幅提高塑料的氣體阻隔性。 |
