摘要: 热塑性塑料由于冲击强度高、耐腐蚀、密度小、而且价格往往比金属材料更低廉等特点，在很多应用场合中具有替代金属的潜力。但是聚合物是电绝缘材料，限制了其在导电材料领域的应用。在聚合物中添加炭黑、石墨等导电填料往往需要很高的含量才能够满足... 展开 热塑性塑料由于冲击强度高、耐腐蚀、密度小、而且价格往往比金属材料更低廉等特点，在很多应用场合中具有替代金属的潜力。但是聚合物是电绝缘材料，限制了其在导电材料领域的应用。在聚合物中添加炭黑、石墨等导电填料往往需要很高的含量才能够满足导电性能要求，高填料含量会给复合材料机械性能造成很大的损害。近年来，石墨烯作为导电填料用于制备聚合物基导电复合材料已经成为研究的热点。将石墨烯添加到聚合物中，不可避免的会引起石墨烯片层的折叠、堆积和团聚，这极大地降低了石墨烯这种2D填料的比表面积。本文选用五大通用塑料之一的聚丙烯(PP)与石墨烯微片(GNP)，研究用双螺杆挤出机高速剪切混合GNP和PP基体的方法，能够提高GNP在PP基体中的分散程度。第三章石墨烯微片的片径、含量对复合材料性能的影响为后续两个章节奠定了研究基础。第四、五章节通过研究不同加工流场下，改变复合材料的微观形态，探讨GNP在PP基体中的分散程度对复合材料的导电、导热性能和机械性能的影响。制备多功能、高性能的PP/GNP纳米复合材料，可以用作电磁屏蔽、无线电屏蔽和抗静电干扰材料，在电子元件、航空航天等领域，有十分广阔的应用。 具体研究内容如下: (1)采用熔融共混法制备四种片径GNP/PP纳米复合材料，研究复合材料的微观形貌、结晶行为，并比较它们的导电、导热和机械性能，为GNP的选材提供理论依据。场发射扫描电镜(FESEM)图像说明复合材料的结构与其性能密切相关。发现片径为40μm的GNP最容易在PP中形成导电网络，相应的复合材料表现出最佳的导电、导热性能，同时也保持了较好的机械性能。 (2)研究片径40μm的GNP含量对PP/GNP纳米复合材料性能的影响。发现GNP含量较低时，PP和GNP两相间产生相互作用，分散相比较均匀，片径较小。当GNP含量增加至7％时，导电网络形成，电导率急剧增加。GNP含量较高时，GNP团聚现象明显，片径较大。 (3)剪切应力的大小不但可以影响分散相的形态，而且还可以控制两相界面的形态。为了更进一步提高GNP高含量下在PP基体中的分散性，研究螺杆转速和螺杆构型对复合材料结构-性能的影响。结果表明中等转速下复合材料性能最佳，在螺杆构型上增加捏合块能够进一步提高GNP在PP基体中的分散性，进而提高复合材料的性能。 (4)采用在流变仪的挤出口模上安装超声波的方式，制备PP/GNP纳米复合材料。发现低剪切速率下，超声振动可以降低熔体粘度和口模压力，提高GNP在PP基体中的分散性，提高复合材料的结晶度。 收起