[00114469]用环氧液晶接枝石墨烯制备聚合物基高导热复合材料的机理研究

本项目来源于国家自然科学基金项目（51163004）。 项目主要针对石墨烯/聚合物基复合材料制备过程中,存在的界面相容性差、分散性差等共性问题为研究目标,制备了一系列液晶接枝氧化石墨烯、超支化聚酯苝酰亚胺/石墨烯π –π化合物。利用液晶微纤、改性苝酐及导热粉体与石墨烯的协同增强作用来提高聚合物的力学性能、热性能及导热性能,研究材料的增强增韧机理及热传导机理。建立了材料微结构与制备过程的内在联系,实现高性能复合材料结构化、功能化为一体的目的。目前尚未见到有国内外的相关文献报道。 项目通过对材料的分子 结构设计、构筑,合成一系列液晶接枝石墨烯化合物,并用于环氧树脂的增韧改性。主要研究内容及结果如下： 1、三维网状结构的氧化石墨烯（3DGO）的桥联作用,对复合材料导热性能、 热性能有很大地提高。在环氧树脂固化体系中加入 1.3wt% 3DGO,材料导热系数 从 0.25W/（m?K）提高到 0.62W/（m?K）,储能模量从 2235MPa 提高到 2600MPa,热 分解温度提高了 35℃左右。 2、在树脂中加入 4wt%液晶接枝纳米 AlN（LCE-g-AlN）,材料的拉伸强度、储 能模量与纯环氧树脂相比,分别提高了 22.7% 和 159.6%;热分解温度和玻璃化 3、液晶微纤与片状石墨烯的协同效应,可同时提高材料的力学性能、热性 能。1.0wt%的环氧液晶接枝氧化石墨烯（TLCE-GO）可使材料的冲击强度提高到 51.43 KJ/m2,拉伸强度从 55.43MPa 提高到 80.85MPa。热分解温度和玻璃化转 变温度分别提高 36℃和 15℃。 同时, 材料的储能模量和损耗因子也得到了提高。 4、利用π-π堆叠法合成多种液晶修饰苝酐/石墨烯化合物,该化合物可显 著提高环氧树脂复合材料的力学性能及热性能。例如含有 0.7 wt%超支化聚酯苝 酐亚胺（PBI-HPG）/RGO 复合材料的冲击强度、拉伸强度及弯曲模量分别为 39.6KJ/m2,90MPa 及 2195MPa,比纯环氧树脂分别提高了 50.8%,62.3% 和 19.3%;热分解温度提高 26℃,热导率从 0.16W/（m?K）提高到 0.33W/（m?K）。 通过项目研究结果表明,液晶化合物、导热纳米粒子及石墨烯之间的协同效应,对复合材料具有很好的增韧改性效果,能同时提高复合材料的力学性能、 热性能及导热性能,这是一般常规改性剂所无法达到的,大大拓宽石墨烯材料 的应用领域,具有极高的理论和应用研究价值。 项目研究在 RSC Advances,eXPRESS Polymer Letters, Fibers and Polymers 等杂志公开发表研究论文 20 篇,申请国家发明专利4项。