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漲姿勢！這些石墨烯改性塑料復合材料制備方法你知道嗎？
導讀：在塑料方面，石墨烯的產業化及研究方向主要在：防靜電功能塑料、導熱功能塑料、高強度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過塑料膜五方面。
【塑料機械網 技術學堂】在塑料方面，石墨烯的產業化及研究方向主要在：防靜電功能塑料、導熱功能塑料、高強度塑料、高氣體阻隔塑料、高離子選擇透過塑料膜五方面。結合了石墨烯優點的新型塑料，憑借其的性能，打破了傳統工業中材料使用的限制，使塑料產業迎來新的利潤增長點，石墨烯復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：在我們的認知里，塑料是絕緣體，具有高電阻，石墨烯與塑料基體結合后，使塑料的表面電阻降低，并且具有了導靜電功能。石墨烯作為一種新興導電填料，不僅具有優異的力學性能，電子遷移率非常高，且橫縱比較大，填充到塑料基體中，可得到高電導率低逾滲濃度的塑料，即聚氯乙烯(PVC)/石墨烯復合材料；PE–HD具有成本低、力學性能好、絕緣性能好、熱穩定性好和加工方便等優點。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，得到具有優異力學性能和抗靜電性能的抗靜電PE–HD復合材料，即高密度聚乙烯(PE–HD)/石墨烯復合材料。
導熱功能塑料：普遍來講，塑料的熱導率較差，僅0.1-0.5W/m·K，但石墨烯塑料的熱導率可達到5-10W/m·K。添加石墨烯后，塑料可應用于LED燈的散熱件、汽車散熱件、電子電器散熱殼體等領域，取代部分金屬鋁等常用散熱材料，從而推進器件的輕量化。目前發展較好的復合材料有熱塑性聚氨酯(PUR-T)/石墨烯復合材料、尼龍(PA)6/石墨烯復合材料、聚丙烯(PP)/石墨烯復合材料等。
高強度塑料：石墨烯具有出色的機械性能，力學拉伸強度能達到130GPa，而這一優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展和低能耗等需求。當前，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構緊密結合在一起，當其完全剝離并分散在聚合物納米復合材料中時，網格結構延長了氣體擴散的路徑，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的能力，緊密結構能夠允許水分子通過，從而阻擋其他有害物質。而通過表面改性后的塑料也可以用于分離不同性質的液體。
石墨烯塑料制備方法
石墨烯塑料(石墨烯改性塑料復合材料)性能的優劣與其制備過程中的加工條件是分不開的。不同的制備方法導致石墨烯在基體中的分散性、界面作用和空間結構均有所不同，而這些因素則決定了復合材料的剛度、強度、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，化學方法方面應用較多的有原位聚合法、乳液混合法、層層自組裝技術(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而得到了廣泛的應用；但該方法需要使用有機溶劑，會對環境造成不良影響。
熔融共混法：熔融共混法是一種無溶劑制備方法，利用擠出機產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用的方法，其工藝較為簡單，可實現大規模低成本制備，但是較高的溫度和局部壓力會影響復合材料各成分的穩定性。
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反應，后制得復合材料。通過檢測發現，這種方法沒有破壞復合材料的熱穩定性，不過原位聚合法的反應條件難以確定，加入導熱添加劑后會對聚合物產生不確定影響。
乳液混合法：乳液混合法則利用了經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/聚合物復合材料。同熔融共混法相比，乳液混合法制備的復合材料具有更好的分散效果和空間穩定性，而且該方法不使用有機溶劑，不破壞環境。
層層自組裝技術(LbL)：層層自組裝技術(LbL)在制備高強超薄薄膜、細胞膜和高強涂料方面很有優勢。該技術能夠調節石墨烯/聚合物界面，使石墨烯得到良好分散。
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