王啟揚(yáng)，楊 肖，陳吉奐，何悅星，楊冬梅，胡泊洋，郭 紅，李保安

（1.南瑞集團(tuán)（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），南京 211100；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007；3.國網(wǎng)浙江義烏市供電有限公司，浙江 義烏 322099；4.南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350）

0 前言

換熱器是化工、電力、制藥和能源等領(lǐng)域的關(guān)鍵裝置，傳統(tǒng)金屬換熱器在強(qiáng)堿廢水等極端介質(zhì)中存在腐蝕和結(jié)垢問題，通常會造成換熱器的頻頻失效[1?2]。石墨換熱器耐酸堿，但力學(xué)性能很差，在生產(chǎn)過程中可能會泄露腐蝕性流體[3]。聚合物材料因具有耐腐蝕、抗結(jié)垢、力學(xué)性能優(yōu)異以及易加工等特性，是制備新型換熱器的潛在應(yīng)用材料[4]。然而，較低的本征熱導(dǎo)率極大地限制了其在換熱領(lǐng)域的發(fā)展[5?6]。在研究中高導(dǎo)熱納米填料如銀納米線、碳納米管、石墨烯等常被用于制備高性能聚合物復(fù)合材料[7]。石墨烯是具有蜂窩狀點(diǎn)陣晶格的片狀二維材料，由于導(dǎo)熱性能極其優(yōu)異[3 000～5 000 W/（m·K）]，石墨烯被譽(yù)為提升聚合物導(dǎo)熱性能的最佳填料[8]。想要大幅度提升復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，需要解決的關(guān)鍵問題是實(shí)現(xiàn)石墨烯在聚合物基體中的均勻分散[9]。然而，由于片層間的強(qiáng)π?π相互作用，石墨烯團(tuán)聚效應(yīng)十分嚴(yán)重。此外，石墨烯與聚合物基體相容性較差，界面處存在大量空隙與缺陷，導(dǎo)致額外的聲子散射，大幅度增加的界面熱阻制約了復(fù)合材料熱導(dǎo)率的提高[10?11]。在聚合物基體中構(gòu)建三維（3D）石墨烯框架是解決石墨烯團(tuán)聚難題的一種有效方案[12]。多種自組裝技術(shù)被廣泛用于構(gòu)建3D石墨烯框架，如采用水熱反應(yīng)法或溶膠?凝膠法，然后進(jìn)行凍干處理[13?16]。另外，利用化學(xué)氣相沉積在金屬催化劑（銅、金或鎳泡沫）上生長石墨烯，然后通過蝕刻金屬模板亦可獲取3D石墨烯框架[17?18]。迄今為止，多種3D石墨烯框架（泡沫、海綿和氣凝膠）已被引入聚合物基體中以獲得高性能復(fù)合材料[19?21]。然而，上述方案大多都是通過先預(yù)制3D石墨烯框架，然后復(fù)合聚合物基體，導(dǎo)致制備工藝復(fù)雜、耗時且難以批量生產(chǎn)。因此，迫切需要尋求一種簡單的方案用于制備高導(dǎo)熱聚合物/石墨烯復(fù)合材料。

本文提出了一種簡單通用的“兩步法”制備工藝。首先，以聚二烯丙基二甲基氯化銨和聚苯乙烯磺酸鈉為改性劑，利用靜電誘導(dǎo)自組裝制備N?PE?HD/P?GNPs雜化微球，其次，通過在熔點(diǎn)附近熱壓N?PE?HD/P?GNPs微球制備嵌入蜂窩狀石墨烯框架的雙隔離結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。并研究了石墨烯框架的構(gòu)建對聚乙烯復(fù)合材料微觀形貌、導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的影響，為新型高導(dǎo)熱聚合物復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備提供了新思路。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

石墨烯納米片（GNPs），工業(yè)級（粒徑1～15 μm），寧波墨西科技有限公司；

高密度聚乙烯（PE?HD），工業(yè)級（粒徑約200目），上海麥克林生化科技有限公司；

四甲基氫氧化銨、無水乙醇，分析純，天津市元立化工有限公司；

聚二烯丙基二甲基氯化銨（PDDA）、聚苯乙烯磺酸鈉（PSS），分析純，天津希恩思奧普德科技有限公司。

1.2 主要設(shè)備及儀器

超聲波清洗器，Dataphysics OCA15EC，昆山市超聲儀器有限公司；

高速離心機(jī)，H1850，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司

粉末壓片機(jī)，769YP?15A，天津市科器高新技術(shù)有限公司；

Zeta電位?激光粒度儀，Zetasizer Nano，英國馬爾文公司；

掃描電子顯微鏡（SEM），HITACHI S?4800，日本Jeol公司；

原子力顯微鏡（AFM），Bruker Dimension ICON，德國布魯克公司；

差式掃描量熱儀（DSC），200F3，德國耐馳儀器制造有限公司；

紅外光譜儀（FTIR），Vertex70，德國布魯克公司；

電子拉力試驗(yàn)機(jī)，UTM2203，深圳三思縱橫科技有限公司；

導(dǎo)熱系數(shù)測試儀，TPS2500S，瑞典Hot Disk公司；

紅外熱像儀，F(xiàn)LIR Ax5，美國菲力爾公司。

1.3 樣品制備

P?GNPs的制備:將0.5 g GNPs超聲分散在200 mL四甲基氫氧化銨水溶液（0.1 mol/L）中，隨后緩慢滴加5mLPDDA水溶液（20%）并連續(xù)攪拌12h，在3000r/min下離心、無水乙醇洗滌數(shù)次得到PDDA正電荷包覆的GNPs，標(biāo)記為P?GNPs;

N?PE?HD的制備:將1.5 g PE?HD粉末超聲分散在200 mL PSS水溶液（1%）中，以400 r/min的轉(zhuǎn)速磁力攪拌12 h，隨后在1 000 r/min下離心，無水乙醇洗滌數(shù)次制備PSS負(fù)電荷包覆PE?HD粉末，標(biāo)記為N?PE?HD;

N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的制備:將P?GNPs和N?PE?HD按1∶19、2∶18、3∶17和4∶16的質(zhì)量比超聲分散于無水乙醇中，以400 r/min轉(zhuǎn)速連續(xù)攪拌6 h，真空抽濾收集N?PE?HD/P?GNPs雜化微球;再將N?PE?HD/P?GNPs微球轉(zhuǎn)移到定制的不銹鋼模具中，設(shè)置壓力為10 MPa，先室溫冷壓10 min，隨后135℃熱壓10 min，即可得到雙隔離結(jié)構(gòu)聚乙烯/石墨烯復(fù)合材料,制備工藝如圖1所示。

圖1 N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的制備過程Fig.1 Preparation process of N?PE?HD/P?GNPs composite

1.4 性能測試與結(jié)構(gòu)表征

FTIR分析：采用溴化鉀壓片法，掃描范圍為4 000～400 cm-1，表征改性前后GNPs和PE?HD分子結(jié)構(gòu)的變化；

Zeta電位分析：將樣品超聲分散在無水乙醇中，靜置30 min后取上層清液進(jìn)行測試；

SEM分析：樣品置于液氮中脆斷，噴金90 s后觀察，加速電壓為5 kV，表征樣品斷面處的微觀形貌；

TG分析：樣品在氮?dú)鈿夥障拢?0℃/min的速率從25℃升到800℃，升溫速率為10℃/min，考察其熱失重情況；

熱導(dǎo)率表征：樣品為直徑50 mm、厚度2 mm的圓片，測試溫度為25℃，采用瞬態(tài)平面熱源法測量材料的導(dǎo)熱性能；

紅外熱成像分析：在室溫下將加熱板升溫至80℃，再將樣品轉(zhuǎn)移到加熱板上，使用紅外熱像儀跟蹤拍攝樣品的表面溫度變化；

力學(xué)性能分析：按照GB/T1040.1—2006測試，樣品尺寸為30 mm×5 mm，測試溫度為室溫，拉伸速率為5 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 P?GNPs和N?PE?HD的制備表征

如圖2所示，未經(jīng)改性的GNPs在3 439 cm?1處出現(xiàn)O—H伸縮振動峰，在1 631 cm?1處出現(xiàn)C=C伸縮振動峰；PDDA修飾后的P—GNPs在2 925、2 854、1 465 cm?1處出現(xiàn)C—H伸縮振動峰，并且在1 116 cm?1處出現(xiàn)胺類C—N伸縮振動峰，表明其改性成功[22]。原始PE?HD顆粒在2 914 cm?1和2 846 cm?1處出現(xiàn)C—H伸縮振動峰，在1472cm?1處出現(xiàn)C—H剪式變形振動峰，在717cm?1處出現(xiàn)C—H面內(nèi)變形振動峰；PSS修飾后的N?PE?HD在1 128 cm?1和1 365 cm?1處分別出現(xiàn)芳烴C—H面內(nèi)變形振動峰和磺酸酯—SO2—不對稱伸縮振動峰，表明其改性成功[23?24]。

圖2 GNPs、P?GNPs、PE?HD和N?PE?HD的FTIR譜圖Fig.2 FTIR of GNPs，P?GNPs，PE?HD and N?PE?HD

如圖3所示，GNPs和PE?HD顆粒在乙醇溶液中的Zeta電位為-4.99 mV和-3.23 mV，兩者帶有同種電荷，不能進(jìn)行有效組裝。經(jīng)過PDDA和PSS改性后，P?GNPs和N?PE?HD顆粒的Zeta電位分別對應(yīng)22.3 mV和-11.1 mV，兩者Zeta電位絕對值顯著增大，表明其在溶液中的分散性得到改善。由于P?GNPs和N?PE?HD顆粒表面電荷相反，能夠進(jìn)行靜電自組裝形成N?PE?HD/P?GNPs雜化微球。

圖3 GNPs、P?GNPs、PE?HD和N?PE?HD的Zeta電位值Fig.3 Zeta potential of GNPs，P?GNPs，PE?HD and N?PE?HD

將GNPs、PE?HD顆粒、P?GNPs、N?PE?HD顆粒和N?PE?HD/P?GNPs微球在無水乙醇中先超聲60 min，再靜置120 min，其分散狀態(tài)如圖4所示。未改性的GNPs和PE?HD顆粒很快沉淀至底部，而PDDA涂覆的P?GNPs和PSS包裹的N?PE?HD較改性前表現(xiàn)出明顯改善的分散性。當(dāng)P?GNPs和N?PE?HD分散液混合后，由于強(qiáng)靜電相互作用，P?GNPs會吸附在N?PE?HD微球表面形成N?PE?HD/P?GNPs雜化微球，溶液中很快出現(xiàn)沉淀物。

圖4 GNPs、P?GNPs、PE?HD、N?PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs靜置120 min后的乙醇分散液Fig.4 Dispersion state of GNPs，P?GNPs，PE?HD，N?PE?HD and N?PE?HD/P?GNPs in ethanol solution after standing for 120 min

2.2 N?PE?HD/P?GNPs微球及復(fù)合材料的微觀形貌

圖5（a）、（b）為P?GNPs和N?PE?HD的微觀形貌，P?GNPs為典型的二維片狀結(jié)構(gòu)，表面光滑平整，而N?PE?HD粉體為類球狀顆粒物，表面相對粗糙。P?GNPs和N?PE?HD的詳細(xì)粒徑分布如圖6所示，P?GNPs橫向尺寸在1～15 μm間呈現(xiàn)正態(tài)分布，3～15 μm區(qū)間內(nèi)占比超過70%。N?PE?HD顆粒直徑介于64～78 μm之間，68～72 μm區(qū)間內(nèi)占比約48%。由于N?PE?HD粒徑大于 P?GNPs，經(jīng)過靜電誘導(dǎo)自組裝，如圖5（c）、（d）所示，大量褶皺的P?GNPs會包裹在N?PE?HD外表面形成N?PE?HD/P?GNPs雜化微球，這種類似“核?殼”形態(tài)的雜化物經(jīng)過熱壓成型工藝，可制備嵌入石墨烯框架的聚乙烯復(fù)合材料。

圖5 P?GNPs的AFM照片及N?PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs微球的SEM照片F(xiàn)ig.5 AFM of P?GNPs as well as SEM of N?PE?HD and N?PE?HD/P?GNPs microspheres

圖6 P?GNPs和N?PE?HD的粒徑分布圖Fig.6 Particle size distribution of P?GNPs and N?PE?HD

圖7為純PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的SEM斷面照片。如圖7（a）所示，純PE?HD的斷面平整光滑，由于未摻雜任何顆粒，整個斷面渾然一體。N?PE?HD/P?GNPs雜化微球在25 ℃和10 MPa條件下冷壓10 min后，其內(nèi)部微觀形貌如圖7（b）所示，相鄰N?PE?HD/P?GNPs雜化微球之間存在大量孔隙，導(dǎo)致較高的界面熱阻。而進(jìn)一步將N?PE?HD/P?GNPs雜化微球于135 ℃下熱壓10 min后，由圖7（c）、（d）可見，相鄰N?PE?HD/P?GNPs雜化微球之間的孔隙大幅度減少且斷面相對粗糙，復(fù)合材料內(nèi)部形成了蜂窩狀石墨烯導(dǎo)熱框架的形貌。這是由于135℃高溫能夠使PE?HD分子鏈由結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴趹B(tài)，PE?HD在10 MPa外力作用下會發(fā)生變形，促使P?GNPs在N?PE?HD/P?GNPs雜化微球界面處選擇性分布，從而構(gòu)建出三維連續(xù)的蜂窩狀石墨烯導(dǎo)熱框架。

圖7 純PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料斷面SEM照片F(xiàn)ig.7 SEM of cross?section of pure PE?HD and N?PE?HD/P?GNPs composites

2.3 復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能分析

采用熔融共混法制備的PE?HD/GNPs和熱壓法制備的N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能變化如圖8（a）、（b）所示，為了說明填料的導(dǎo)熱性能增強(qiáng)效果，定義一個參數(shù)η，計(jì)算公式如式（1）所示：

圖8 PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能Fig.8 Thermal conductivity of PE?HD/GNPs and N?PE?HD/P?GNPs composites

式中K——復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，W/（m·K）

Km——聚合物基體的熱導(dǎo)率，W/（m·K）

純PE?HD基體的熱導(dǎo)率僅為0.44 W/（m·K），隨著石墨烯納米片填充量的增加，N?PE?HD/P?GNPs和PE?HD/GNPs體系的熱導(dǎo)率均呈現(xiàn)出單調(diào)遞增的趨勢，表明導(dǎo)熱填料在提升PE?HD復(fù)合材料導(dǎo)熱性能方面占主導(dǎo)作用。當(dāng)填充量為20%時，N?PE?HD/P?GNPs體的系熱導(dǎo)率達(dá)到2.51 W/（m·K），比純PE?HD基體提升470%；而PE?HD/GNPs體系的熱導(dǎo)率僅為1.71 W/（m·K），比純PE?HD基體提升289%。N?PE?HD/P?GNPs體系的熱導(dǎo)率為PE?HD/GNPs體系的147%，驗(yàn)證了構(gòu)建嵌入式連續(xù)石墨烯框架的重要性。如圖8（c）所示，不同溫度下N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率基本保持恒定，變化幅度不超過5%，表明復(fù)合材料可以保證熱量的穩(wěn)定傳導(dǎo)。

圖9直觀地解釋了PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率增強(qiáng)機(jī)理。對于熔融共混法制備的PE?HD/GNPs復(fù)合材料，GNPs作為分散相隨機(jī)分布在PE?HD基體內(nèi)形成類似“海?島”結(jié)構(gòu)的兩相體系，由于填料之間缺乏有效連接，嚴(yán)重影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能提升效果。而本實(shí)驗(yàn)借助強(qiáng)靜電相互作用制備N?PE?HD/P?GNPs雜化微球，通過在熔點(diǎn)附近熱壓N?PE?HD/P?GNPs微球，P?GNPs會在變形的雜化微球界面處選擇性分布，進(jìn)而形成連續(xù)的蜂窩狀石墨烯導(dǎo)熱框架。聲子沿著三維石墨烯框架組成的“高速公路”傳輸以促進(jìn)熱量的快速轉(zhuǎn)移，因而大幅度提升了復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能。

圖9 PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的導(dǎo)熱路徑示意圖Fig.9 Illustration of thermal?conductive pathways of PE?HD/GNPs and N?PE?HD/P?GNPs composites

為了證實(shí)蜂窩狀連續(xù)石墨烯導(dǎo)熱框架的優(yōu)越性，對比了純PE?HD、PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs在實(shí)際工況下的導(dǎo)熱性能，將3個不同樣品放置于80℃恒溫加熱板上，采用紅外熱像儀捕捉樣品表面溫度隨時間的變化，以此衡量樣品熱傳導(dǎo)能力的優(yōu)劣。如圖10所示，在相同的加熱過程中，3個樣品的表面溫度始終保持以下順序：N?PE?HD/20%P?GNPs>PE?HD/20%GNPs>純PE?HD。N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的升溫速率最快，表明其具有最好的熱傳導(dǎo)能力，在換熱領(lǐng)域有較大應(yīng)用前景。

圖10 恒溫加熱過程中不同樣品的表面溫度變化Fig.10 Surface temperature variations of different samples during constant temperature heating

此外，與近期文獻(xiàn)中報道的其他聚合物/石墨烯復(fù)合材料相比（表1），本實(shí)驗(yàn)中得到的N?PE?HD/P?GNPs的導(dǎo)熱性能相對較高，證明利用靜電誘導(dǎo)自組裝和熱壓成型工藝嵌入蜂窩狀石墨烯框架在高導(dǎo)熱復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備中具有顯著優(yōu)勢。

表1 近期文獻(xiàn)中報道的聚合物/石墨烯復(fù)合材料的熱導(dǎo)率Tab.1 Comparison of thermal conductivity of polymer/graphene composites reported in recent literatures

2.4 復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能增強(qiáng)機(jī)理分析

為了進(jìn)一步理解導(dǎo)熱性能提高的本質(zhì)原因，采用等效介質(zhì)模型（EMT）對PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率進(jìn)行模擬研究。當(dāng)二維片狀填料添加量較少且在聚合物體系內(nèi)均勻分布時，復(fù)合材料的熱導(dǎo)率變化符合EMT模型，根據(jù)EMT模型，復(fù)合材料的有效熱導(dǎo)率可定義為如式（2）～（4）所示[39]：

使用式（16）可以模擬復(fù)合材料的熱導(dǎo)率，使用式（9）可進(jìn)一步得到填料和聚合物基體間的熱阻。PE?HD復(fù)合材料的熱導(dǎo)率模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)對比值如圖11所示，通過計(jì)算得到PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱阻分別為2.48×10-5m2·K/W和1.73×10?5m2·K/W，N?PE?HD/P?GNPs的熱阻比 PE?HD/GNPs下降了30.2%。該結(jié)果表明，三維蜂窩狀石墨烯框架的構(gòu)建為聲子傳遞提供了連續(xù)通路，因而大幅度降低了N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱阻，熱量可以沿著聲子傳輸通道快速傳導(dǎo)。

圖11 PE?HD/GNPs和N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱導(dǎo)率擬合曲線Fig.11 Thermal conductivity fitting curve of PE?HD/GNPs and N?PE?HD/P?GNPs composites

2.5 復(fù)合材料的力學(xué)性能分析

在導(dǎo)熱材料的實(shí)際應(yīng)用中，還需同時兼顧力學(xué)強(qiáng)度以抵抗外力沖擊，因而研究材料的力學(xué)性能具有重要意義。如圖12所示，純N?PE?HD的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率分別為33.5、131 MPa和125%。當(dāng)引入N?P?GNPs后，N?PE?HD復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量呈先增加后減小的趨勢，而斷裂伸長率單調(diào)遞減。當(dāng)P?GNPs填充量為20%時，N?PE?HD復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為29.1 MPa，彈性模量為114 MPa，分別比純N?PE?HD降低13.1%和12.9%；而斷裂伸長率由125%降低至48%。具體原因?yàn)椋海?）P?GNPs長徑比大于1 000∶1，彈性模量高達(dá)1.0 TPa，是一種典型的增強(qiáng)體填料，受到外力作用時，P?GNPs替聚合物基體承擔(dān)載荷，進(jìn)而改善復(fù)合材料的力學(xué)強(qiáng)度。（2）在聚合物復(fù)合材料中，填料為分散相，聚合物為連續(xù)相，填料與聚合物分子鏈之間相互纏結(jié)，可保證即便單根分子鏈斷裂，其他分子鏈仍能夠承擔(dān)載荷，避免產(chǎn)生裂紋等缺陷，從而提升復(fù)合材料的力學(xué)性能。（3）當(dāng)添加量較高時，P?GNPs會團(tuán)聚成簇狀物或堆疊體，易于在復(fù)合材料內(nèi)部形成缺陷，造成應(yīng)力集中現(xiàn)象，引發(fā)裂紋擴(kuò)展，從而降低力學(xué)性能。

圖12 不同P?GNPs填充量下N?PE?HD復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彈性模量和斷裂伸長率Fig.12 Tensile strength，Young′s modulus and elongation at break of N?PE?HD composites with different filler loadings

2.6 復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性分析

熔點(diǎn)和熱分解溫度直接影響復(fù)合材料的加工條件和應(yīng)用范圍。如圖13所示，純N?PE?HD的熔點(diǎn)（Tm）為133.2℃。填充P?GNPs后，N?PE?HD復(fù)合材料的Tm有不同程度的增加，當(dāng)P?GNPs添加量為20%時，N?PE?HD復(fù)合材料的Tm對應(yīng)135.2℃。P?GNPs、N?PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs的TG曲線如圖14所示，其用來反映材料的抗熱降解性能和抗老化性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示P?GNPs在800℃內(nèi)熱穩(wěn)定性優(yōu)異，基本不被分解；而當(dāng)材料熱降解10%時，N?PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs的分解溫度T10分別為447℃和458℃。N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料Tm和T10增加機(jī)理如下：P?GNPs具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，并且P?GNPs的引入會阻礙高分子鏈的熱運(yùn)動，起到類似固定點(diǎn)的作用，因而提升了N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。

圖13 不同P?GNPs填充量時N?PE?HD復(fù)合材料的熔點(diǎn)Fig.13 Melting temperature of N?PE?HD composites with different addition of P?GNPs

圖14 P?GNPs、N?PE?HD和N?PE?HD/P?GNPs的TG曲線Fig.14 TG curves of P?GNPs，N?PE?HD and N?PE?HD/P?GNPs

3 結(jié)論

（1）嵌入式連續(xù)石墨烯框架的構(gòu)建可顯著改善PE?HD復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能，當(dāng)P?GNPs填充量為20%，N?PE?HD/P?GNPs體系的熱導(dǎo)率達(dá)到2.51 W/（m·K），為PE?HD/GNPs體系的147%和純PE?HD的570%；同時EMT模型表明，N?PE?HD/P?GNPs體系的熱阻為1.73×10-5m2·K/W，比PE?HD/GNPs體系降低30.2%；

（2）隨著 P?GNPs填充量的增加，N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和彈性模量先上升后下降，而斷裂伸長率單調(diào)下降；當(dāng)P?GNPs填充量為20%時，其拉伸強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長率分別為29.1、114 MPa和48%，仍保持了較好的力學(xué)性能；

（3）P?GNPs的引入可增強(qiáng)N?PE?HD/P?GNPs復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性，當(dāng)P?GNPs填充量為20%時，其熔點(diǎn)和熱分解溫度分別為135.2、458℃，分別比純PE?HD提升2、11℃。