导读

日前，河南省科技厅公示了2019年度河南省创新示范专项支持项目名单，洛阳的高碳酸钙萤石矿综合高效利用等11个项目入选，共获得2300万元省研发项目经费支持。

近年来，使用鳞片石墨(FG)改性聚丙烯(PP)，制备低成本、高导热复合材料越来越受到关注。PP价格低、耐腐蚀、力学性能优良、加工性能良好；FG来源广泛、热导率很高，但是FG和PP的相容性差，难以混合均匀。为了解决上述问题，河北科技大学王铮铮等通过添加偶联剂改善了FG与PP的相容性，利用开炼机的剪切力作用提高了FG在PP中的分散性，研究了偶联剂品种及其用量，FG含量及其粒径对复合材料热导率及力学性能的影响，制得了具有较高热导率和较好力学性能的PP／FG导热复合材料，该材料在化工、建筑、电子、海水淡化等领域的换热设备应用前景广阔。

1、偶联剂品种对PP／FG复合材料性能的影响

未添加及使用硅烷偶联剂KH–550，KH–560，KH–570进行了对比实验。经过KH–550处理后，复合材料的拉伸强度、拉伸弹性模量、弯曲强度和弯曲弹性模量分别达到了最高的34.4MPa，8.02GPa，51.5MPa和9.10GPa，优于用另外两种偶联剂处理和未处理过FG的复合材料力学性能。

2、偶联剂用量对PP／FG复合材料性能的影响

添加50%粒径为17μm的FG，改变KH–550在FG中的含量，制备导热复合材料，5组实验数据显示复合材料的拉伸强度先增大后减小。当KH–550的含量为1%时，拉伸强度明显增大，拉伸模量和弯曲模量都有显著提高。

3、FG粒径对PP／FG复合材料性能的影响

在固定FG含量为50%，KH–550用量为FG含量1%的条件下，分别选用粒径为17，27，37，74，148μm的FG制备复合材料。

热导率：

随着FG粒径的增大，复合材料的热导率也在相应提高。FG粒径为17μm的复合材料热导率为1.76W／(m·K)，而FG粒径为148μm的复合材料的热导率达到了2.68 W／(m·K)，比前者提高了52.3%。

力学性能：

随着FG的粒径逐渐增大，复合材料的拉伸强度与弯曲强度都在逐渐减小。当FG的粒径为17μm时，复合材料的拉伸强度为34.4MPa、拉伸弹性模量为8.02GPa、弯曲强度为51.5MPa、弯曲弹性模量为9.10GPa。

SEM分析：

17μm FG制备的试样断面比148μm FG制得试样的断面更加规整。

4、FG含量对PP／FG复合材料性能的影响

固定FG的粒径为17μm，KH–550用量为石墨含量的1%，制备FG含量不同的复合材料，热导率和力学性能测试结果如下：

热导率

力学性能

随着FG含量的增大，复合材料的热导率随之增大，拉伸强度和弯曲强度先降低后升高，在20% FG含量时降到最低；拉伸弹性模量和弯曲弹性模量都随着FG含量的增大而增大，断裂拉伸应变和断裂弯曲应变相应减小。

5、结论

使用粒径17μm的FG，在添加70%FG，KH–550为FG含量的1%的条件下，通过开炼机混炼、模压制备的PP／FG导热复合材料的热导率为4.16W／(m·K)，拉伸强度36.1MPa，拉伸弹性模量10.7GPa，弯曲强度59.0MPa，弯曲弹性模量13.72GPa。