纳米石墨微片材料对复合材料的热性能影响研究(4)
1.2.1 插层法
插层法是一种重要的高分子基纳米复合材料制备方法，插层法工艺简单、原料来源广、价格便宜，插层法的主要原理是以纳米石墨微片为主体，以有机高分子为客体，插入基体材料内部片层之中，而后制得高分子基纳米复合材料。插层法可以再细分为三种方法，即溶液插层法、插层聚合法和熔体插层法。溶液插层法的原理是让基体在一定的溶剂中溶解后添加填料，基体在溶解状态下会插入到填料的片层之间，然后通过各种工艺除去溶剂，最终得到复合材料，溶剂的选择在溶液插层法的工艺中非常关键，这种方法需要大量的化学溶剂，对环境的污染较大，并且成本较高[7]；插层聚合法的原理是将微米尺度的基体粒子和溶液混合成悬乳液，然后将这种乳液加入填料水悬浮液中，使得大分子胶乳在填料片层进行穿插，达到隔离的效果，此时胶乳粒子的尺寸越小，分散水平就越高，等乳胶在填料片层之间穿插完毕后加入絮凝剂使体系沉淀，然后在干燥设备中脱去水分就得到插层纳米复合材料。插层聚合法工艺比较简单，过程易于控制，生产成本最低，但是在填料的分散性受含量的影响，含量较高时分散性较差；熔体插层法的原理是把填料和基体混合后一起加热，使聚合物熔融，进行机械混炼，通过分子的热运动和机械力的作用让基体分子进入填料片层之间，同时使填料片层间距逐渐增大或最终剥离，成为纳米片层。熔体插层法不需要使用大量溶剂，也是一种比较环保、简单有效、工业应用前景广泛的纳米复合材料制备方法。
1.2.2 溶胶-凝胶法
溶胶-凝胶法的原理是将水溶性盐或油溶性醇盐溶于水或有机溶剂中混合均匀成为均质溶液，溶质通过溶液中发生的水解反应成为纳米级粒子并生成溶胶，溶胶经脱去水分加热烘干之后转变成凝胶，得到所需要的材料。溶胶-凝胶法的反应过程分为水解反应和聚合反应两个过程，一般情况下是在常温下合成无机材料，并可以从分子尺度上控制材料的均匀性及颗粒大小从而得到高纯度、小颗粒、均匀分散的纳米复合材料[8]。除此之外，溶胶－凝胶法还可以制备纳米薄膜,在制备薄膜涂层材料和金属氧化物结构材料方面应用非常广泛。Lu等综合使用超声操作和溶胶－凝胶法，创造性地得到了未功能化的SiO2-GO纳米薄片，然后将纳米Ag粒子沉积在复合基体表面上，并成功应用到对H2O2和血糖的检测中。除了上面所提到的应用外，南京理工大学的张树鹏和宋海鸥在溶胶-凝胶法的基础上利用有机合成技术以及超分子自组装技术合成了一种全新的石墨烯基超分子杂化纳米材料。最近几年以来,怎样通过金属烷氧化物的溶胶-凝胶反应与聚合反应的变化组合来制备高分子基纳米复合材料已成为研究人员的普遍关注的研究方向。
1.2.3 共混法
共混法的原理是把纳米尺度的粒子和有机聚合物相混合，以此制备出高分子基纳米复合材料，共混法的共混方式主要可以分为三种：一是溶液共混，也就是将基体树脂溶解在一定的溶剂中，将纳米填料颗粒加进溶液，通过机械搅拌，使纳米填料颗粒在溶液均匀分散混合中，然后蒸发掉溶剂并发生聚合得到复合材料；二是乳液或者悬浮液共混，它的方法原理其实和溶液共混相似，区别主要在于用悬浮液或乳液取代了溶液；三是熔融共混，具体方法是将经过表面改性的纳米填料颗粒与聚合物进行共混，然后加热使之熔融、塑化以及分散，最终让纳米填料颗粒在聚合物基体中均匀分散，实现聚合物性能的改善[9]。GO与聚合物界面间的相互作用。Lin等以N,N-二甲基甲酰胺（DMF）为溶剂，制备了功能化氧化石墨烯纳米片层（FGONs）/氰酸酯（CE）复合材料，褶皱型FGONs插入到CE树脂基体中而有助于界面结合，因此，复合材料表现出了良好的力学性能和耐摩擦性能。Li等在四氢呋喃（THF）溶液中，加入FGONs和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），超声分散后真空干燥得到了FGONs/PMMA复合材料，这种材料有着非常好的电性能，可以用来制作抗静电材料。Monti等分别使用三氯甲烷和THF两种溶剂制备了石墨烯/环氧树脂复合材料，研究发现，三氯甲烷比THF更有助于石墨烯在环氧树脂中的分散，从而有可能得到较低的渗滤阈值。Ma等通过溶液混合法制备了FGONs/硅树脂复合材料，当FGONs含量为0.5wt%时，复合材料的热稳定性、拉伸性能以及导热性能都得到了显著提高。