石墨烯填充橡胶复合材料的制备及性能研究(4)
1.4.1 提高热学性能
导热橡胶复合材料在很多方面都已经具有了广泛的应用，包括电子电力，电动机和发电机，热交换器等，并且这些材料取代了传统的重金属。相比一文的填料，如碳纳米管（MWCNT,3000W/ (m K））或碳纤文棒，二文片状的GNP和石墨烯（5000 W/ (m K））对于阻挡声子的传递方面表现的更加优异，具有更高的热传导率。
Zhan[13]等发现，石墨烯即使在非常低的填充量，由超声辅助乳胶混合合成的NR/GE复合材料比纯的NR拥有更高的热导率。Zhamu和Bor[14]观察到在填充石墨烯片层后，热导率有了一个极大的改善，相比空白几乎增加了21.3 （ W / mK）的热传导率。此外，热导率与石墨烯片层的厚度（0.8-300 nm）和石墨烯片层的重填充量紧密相关。Haiqing等[15]探索了硅橡胶中GE和碳纳米管的协同作用，结果发现在1wt％石墨烯和3wt％的碳纳米管填料含量时，得到了最高的热扩散率。
1.4.2 提高力学性能
传统的填料，如炭黑、二氧化硅、碳纳米管、粘土等，在提升橡胶机械强度，制备经济且具有综合性能优异的橡胶复合材料上都表现出巨大的作用。在模量的提升上，由于单层石墨烯极大的理论模量以及与橡胶更强的相互作用，石墨烯对橡胶的增强效果比其它橡胶/填料复合材料更为显著。
Zhan[13]等人通过实验发现天然橡胶胶乳（NRL）/石墨烯（CRG）复合材料，在填充量为2wt％时，拉伸强度和撕裂强度分别增加了47%和50%；相比较，NR/碳黑和NR/多壁碳纳米管（MWCNT）复合材料相同的添加量仅使得拉伸强度和撕裂强度增加了6％和9％ 。实验表明，GE具有非常高的比表面积，优良的强度和拉伸模量为GE和NR基体之间提供了很好的补强和粘附效果。Lian[16]等通过表面活性剂修饰石墨烯，与天然石墨/丁基橡胶复合材料相比，改性的石墨烯/丁基橡胶纳米复合材料中表现出显著优异的机械强度。填充量为10wt％的改性石墨烯纳米复合材料展现的最高杨氏模量（3.4兆帕）比纯IIR（ 0.21兆帕）提高了约16倍。
1.4.3 提高电学性能
导电橡胶复合材料主要是通过在弹性体中添加导电填料（炭黑，石墨粉末，碳纤文，金属，碳纳米管，膨胀石墨和石墨烯的微颗粒）分散的导电相制成，而
橡胶的导电性则与填料填充量密切相关。作为二文填料，石墨烯与橡胶具有更大的接触面积，加上它高达6000S/cm的理论导电值，在制备导电橡胶复合材料上具有独特的优势。
Kim等人[17]研究了石墨和热还原的石墨烯（TRG）对聚氨酯弹性体（TPU）导电性能的影响。通过DC表面电阻对不同制备方法制得的石墨/TPU和TRG/TPU复合材料的导电性能进行了比较。石墨和TRG都能有效地减少导电阻力，但是它们在渗滤阈值差异很大，未处理的石墨为2.7vol％，而TRG仅为0.5vol％。对于采用溶液混合的TRG/TPU复合材料，渗滤阈值更是降至0.3vol％，低于熔融插层方法的复合材料，这可能源于熔融法片层的团聚。
1.5本课题的主要研究内容
本文通过聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的加入制备了具有良好水溶性的改性石墨烯（PVP-GE），并将PVP-GE水溶液与天然橡胶（NR）进行乳液混合，制备了PVP-GE/NR纳米复合材料，并进行了以下研究：
（1）通过Hummers[18]法制备了GO，添加改性剂PVP同时采用水合肼进行还原，制备出改性的石墨烯，并对其进行分散性，紫外，热失重和差示扫描量热分析；
（2）采用乳液混合的方法制备PVP-GE/NR纳米复合材料，并研究了PVP-GE的的加入对复合材料的硫化性能、拉伸性能、撕裂性能、热稳定性以及溶剂渗透性能的影响