高绝缘电阻率测定仪（绝缘高阻计）

近年来，功能性聚合物纳米复合材料越来越受到人们的关注。加入纳米填料是制备功能性聚合物纳米复合材料的有效方法，可赋予聚合物基体抗静电、电磁屏蔽、热传导等功能。碳系纳米填料由于其优异的性能引起众多学者的青睐，石墨烯和碳纳米管(CNT)是碳系纳米填料中具有代表性的两种。一维结构的CNT具有高弹性模量和优异的导电性，可通过添加CNT改善聚合物基体的力学和电学性能。同一维的CNT相比，二维结构的石墨烯具有高纵横比，也是理想的增强和导电填料。

将石墨烯和CNT杂化，可利用协同效应进一步提高聚合物复合材料的性能。M. Wegrzyn等采用母料法熔融共混制备了聚丙烯／多壁碳纳米管／石墨烯纳米片(PP／MWCNT／GNP)纳米复合材料，探究了MWCNT／GNP的协同效应对复合材料形态结构、力学和导电性能的影响。郏余晨等通过酸化和超声作用制备了石墨烯／CNT杂化材料，实现了对环氧树脂的增强和增韧，指出石墨烯／CNT的杂化比例是影响聚合物纳米复合材料性能的关键因素。王卫芳等考察了GNP／MWCNT的比例对环氧树脂复合材料力学性能的影响，当GNP与MWCNT的总质量分数为0.3%、混合质量比为50／50时，复合材料的综合力学性能佳。

目前对于石墨烯／CNT协同增强热固性树脂的研究较多，而对于热塑性树脂基体的关注较少。Wang Quan等对高密度聚乙烯(PE-HD)／GNPs／MWCNTs复合材料进行了研究，结果发现，填料的加入降低了复合材料的电阻，得到了抗静电PE-HD复合材料，但是复合材料的拉伸强度和缺口冲击强度却明显下降。笔者采用简单的球磨超声法对GNP与MWCNT进行杂化，通过熔融共混法制备PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料，探究了GNP／MWCNT比例对PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料流变特性、电学及力学性能的影响。制备的复合材料在具有较低体积电阻率情况下，仍能保持较好的力学性能。

主要原材料

GNP：TNIGNP–2，层数＜30层，长度2～13 μm，中国科学院成都有机化学有限公司；

MWCNT：TNSMH3，外径10～20 nm，长度0.2～2 μm，中国科学院成都有机化学有限公司；

样品制备

LST-122高阻计 北京中航鼎力仪器设备有限公司

(1) GNP MWCNT杂化填料的制备。

将GNP在研磨仪中研磨后与一定比例的MWCNT在无水乙醇中常温下进行超声混合1 h，在60℃下烘干后得到不同比例的GNP MWCNT杂化填料(质量比为7／3，5／5，2／8)。

(2) PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料的制备。

将PE-HD置于真空烘箱中于80℃下干燥8 h，按照表1配方与不同含量的GNP MWCNT和抗氧剂进行预混合。预混好的原料在转矩流变仪中熔融共混10 min，温度为180℃，转速为60 r／min，得到PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料。破碎后的复合材料用真空压膜机模压成各种测试样条。PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料的具体配方列于表1。

性能测试

采用旋转流变仪对样品进行动态频率扫描测试，频率扫描范围为0.025～100 rad／s，测试温度为180℃。

(2)电学性能测试。

使用高阻计对样品进行电阻测量，样品为直径80 mm、厚度2 mm的圆片，样品和电极测量前均用无水乙醇清洗。

(3)力学性能测试。

悬臂梁缺口冲击强度：按照GB／T 1843–2008测试，摆锤能量大小为5.5 J，缺口类型为A型。

拉伸性能：按照GB／T 1040.2–2006测试，拉伸速率为50 mm／min。

弯曲性能：按照GB／T 9341–2008测试，弯曲速率为2 mm／min。

SEM测试：将复合材料冲击断面喷金后，采用SEM进行微观形态观察。

材料性能

(2)随着GNP MWCNT含量的增加，PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料的体积电阻率逐渐减小，MWCNT含量增大则有利于提高复合材料的导电性。

(3)当GNP MWCNT含量为0.5份时，3种PE-HD／GNP／MWCNT纳米复合材料的悬臂梁缺口冲击强度分别为15.05，9.98，10.42 kJ／m2，是纯PE-HD的2.32，1.54，1.60倍。GNP MWCNT填料的加入，可提高3种纳米复合材料的拉伸强度和弯曲强度。

(4)冲击韧性提高的原因在于MWCNT和GNP在PE-HD基体中分散较好，协同诱发PE-HD基体产生明显的屈服。