江蘇導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料管材

納米粒子作為填料制備的高分子復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能，廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)、建筑、電子器件等領(lǐng)域。其中性能的提升與納米粒子在復(fù)合材料中的分散狀態(tài)和納米粒子與高分子基體之間的相互作用有很大的關(guān)系1-5。多數(shù)納米粒子與高分子不相容，在復(fù)合材料中無法形成均相體系，從而制約納米粒子對高分子復(fù)合材料的增強(qiáng)作用6,7。GO表面有豐富的官能團(tuán)，與很多高分子材料之間有較高相容性，可以用作多種高分子復(fù)合材料增強(qiáng)填料，復(fù)合后可以為復(fù)合材料帶來力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)等多方面性能的提升?？捎糜谧⑸浜蛿D出成型制件，尤其適用于煤炭、礦井以及石油天然氣運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的管材制件。江蘇導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料管材

 石墨烯的研究熱潮也吸引了國內(nèi)外材料制備研究的興趣，石墨烯材料的制備方法已報道的有：機(jī)械剝離法、化學(xué)氧化法、晶體外延生長法、化學(xué)氣相沉積法、有機(jī)合成法和碳納米管剝離法等。1、微機(jī)械剝離法2004年，Geim等***用微機(jī)械剝離法，成功地從高定向熱裂解石墨(highlyorientedpyrolyticgraphite)上剝離并觀測到單層石墨烯。Geim研究組利用這一方法成功制備了準(zhǔn)二維石墨烯并觀測到其形貌，揭示了石墨烯二維晶體結(jié)構(gòu)存在的原因。微機(jī)械剝離法可以制備出高質(zhì)量石墨烯，但存在產(chǎn)率低和成本高的不足，不滿足工業(yè)化和規(guī)?；a(chǎn)要求，目前只能作為實(shí)驗(yàn)室小規(guī)模制備。2、化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法(ChemicalVaporDeposition，CVD)***在規(guī)?；苽涫┑膯栴}方面有了新的突破。CVD法是指反應(yīng)物質(zhì)在氣態(tài)條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成固態(tài)物質(zhì)沉積在加熱的固態(tài)基體表面，進(jìn)而制得固體材料的工藝技術(shù)。麻省理工學(xué)院的Kong等、韓國成均館大學(xué)的Hong等和普渡大學(xué)的Chen等在利用CVD法制備石墨烯。他們使用的是一種以鎳為基片的管狀簡易沉積爐，通入含碳?xì)怏w，如：碳?xì)浠衔铮诟邷叵路纸獬商荚映练e在鎳的表面,形成石墨烯，通過輕微的化學(xué)刻蝕，使石墨烯薄膜和鎳片分離得到石墨烯薄膜。東北合成石墨烯復(fù)合材料使用方法氧化石墨烯含有豐富的羥基、羧基和環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)，更高的氧化程度，更好的剝離度。

對氧化石墨烯的化學(xué)還原早在1962年就有過文獻(xiàn)報道，Boehm等人發(fā)現(xiàn)片層氧化石墨能在堿性，水合肼，硫化氫或二價鐵離子的條件下還原成只含少量H和O的碳納米片層[49]。2007年，Ruoff等人系統(tǒng)的研究了水合肼對氧化石墨烯的還原，他們先將氧化石墨在水中進(jìn)行超聲剝離得到穩(wěn)定分散的氧化石墨烯水溶液，再加入水合肼，并在80°C左右回流，發(fā)現(xiàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，許多黑色固體顆粒從溶液體系中沉淀下來。說明隨著含氧基團(tuán)的離去，石墨烯片層間的π-π共軛作用增強(qiáng)致使石墨烯在水中發(fā)生了不可逆的團(tuán)聚[89]。這種團(tuán)聚現(xiàn)象可以通過對氧化石墨烯的表面修飾得到控制，比如，Ruoff等人在氧化石墨烯水溶液中加入聚苯乙烯磺酸鈉（PSS）后再進(jìn)行還原，由于PSS與石墨烯的非共價作用，抑制了石墨烯的團(tuán)聚，得到了穩(wěn)定的單層石墨烯溶液[90]。隨后，各種表面活性劑[91]，共軛聚合物[92,93]，共軛小分子[94,95]等也被用來非共價修飾還原石墨烯。還原氧化石墨烯之前對之進(jìn)行共價改性也能抑制石墨烯的團(tuán)聚，如Ruoff等人先用異氰酸苯酯對氧化石墨烯改性，再用二甲肼還原，同樣得到穩(wěn)定的石墨烯溶液[96]。用聚合物對氧化石墨烯進(jìn)行共價改性后再還原也是目前常用的制備可溶性石墨烯的方法。

利用GO提升復(fù)合材料的力學(xué)性能是GO一個主要應(yīng)用場景，其中的關(guān)鍵是提高GO在復(fù)合材料中的分散性和調(diào)控GO與高分子基體間的相互作用38。一般而言，加入GO可以***增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度與韌性，且GO與高分子基體相容性越好，增***果越明顯；反之則效果降低，甚至?xí)档筒牧系捻g性。尤其是rGO由于官能團(tuán)較少，加入復(fù)合材料中通常在增強(qiáng)材料強(qiáng)度的同時降低韌性。不同的添加方式會導(dǎo)致不同的效果。原位聚合的方法既可以提高GO在高分子基體中的分散性，又能保證GO與高分子基體之間較好的化學(xué)鍵合；溶液共混法制備的復(fù)合材料中，GO分散性較好，但界面較難調(diào)控；熔融共混法中GO較難分散并不容易控制界面，得到的復(fù)合材料性能不易控制。氧化石墨烯分散液可與復(fù)合材料進(jìn)行原位復(fù)配，從而賦予復(fù)合材料導(dǎo)電、導(dǎo)熱、增強(qiáng)、阻燃、抑菌等性能。

由于表面富含活性含氧基團(tuán)，能與一些含極性基團(tuán)的聚合物產(chǎn)生較強(qiáng)的作用力，所以氧化石墨烯通常被作為一種納米填料添加到聚合物當(dāng)中以增強(qiáng)聚合物的物理性能。Liang等人報道了用氧化石墨烯增強(qiáng)聚乙烯醇的研究，他們發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯添加量*為0.7wt%時，聚合物的力學(xué)性能就得到了***的提高，如楊氏模量提高了76%，而比較大拉伸強(qiáng)度提高了62%[62]。Cai等人利用氧化石墨烯增強(qiáng)聚氨酯，發(fā)現(xiàn)當(dāng)氧化石墨烯添加量為4.4wt%時，聚合物基體的楊氏模量和硬度分別增加了900%和327%[63]。Xu等人同樣制備了氧化石墨烯/聚乙烯醇復(fù)合材料，不過他們用了一種新穎的抽濾成膜的方式，在得到的復(fù)合材料薄膜中，由于真空抽濾產(chǎn)生的向下的吸引力，使二維的氧化石墨烯片層以有序的狀態(tài)排列于聚合物基體之中，得到―磚墻式‖結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料薄膜[64]。這種復(fù)合材料的性能變化與氧化石墨烯含量的變化成近似正比的關(guān)系，如圖1-5所示。Putz等人同樣用這種方法制備了高含量氧化石墨烯的聚乙烯醇及聚甲基丙烯酸甲酯復(fù)合材料，這種材料的楊氏模量更是可高達(dá)接近40GPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般聚合物/無機(jī)納米復(fù)合材料所能達(dá)到的力學(xué)性能范圍[65]。由于石墨烯獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)及良好的導(dǎo)電性，因此石墨烯很有可能成為組成納米電子器件的比較好材料。江蘇導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料管材

常州第六元素建有自動控制規(guī)模化生產(chǎn)線，市場占有率居國內(nèi)外前列。江蘇導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料管材

用油胺與十八胺對GO進(jìn)行改性，然后將其與丁苯橡膠（SBR）溶液混合均勻，然后共凝聚制得改性GO-SBR復(fù)合材料。無論在玻璃態(tài)和橡膠態(tài)，改性的GO-SBR與純GO-SBR相比儲能模量均大幅提高；25°C時，7 wt.%油胺改性GO和7 wt.%十八胺改性GO分別使橡膠儲能模量提高了67%和39%。這其中主要的原因是胺基改性的GO相比于純GO在SBR中分散性更好，且與橡膠界面作用更強(qiáng)。兩種胺之間的性能區(qū)別主要是油胺含有雙鍵，在硫化過程中可以與橡膠交聯(lián)，從而進(jìn)一步提高橡膠性能43。同樣的現(xiàn)象在丁二烯-苯乙烯-乙烯基吡啶橡膠（VPR）中也被觀察到。在VPR中添加3.6 vol.%的胺基改性GO，可以使復(fù)合材料的玻璃態(tài)模量提高21倍，橡膠態(tài)模量提高7.5倍，拉伸強(qiáng)度提高3.5倍江蘇導(dǎo)電石墨烯復(fù)合材料管材