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橡塑技术与装备（塑料） CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)
石墨烯 - 聚酰亚胺纳米复合材料的
制备及应用研究进展
周成飞
( 北京市射线应用研究中心辐射新材料北京市重点实验室，北京 100015)
摘要 ： 介绍了石墨烯 - 聚酰亚胺纳米复合材料的制备方法，并综述了石墨烯 - 聚酰亚胺纳米复合材料在传感器、分离膜、离
子质子交换膜、电池材料、低介电材料、电子材料方面的应用研究进展。
关键词 ： 石墨烯 ；聚酰亚胺 ；纳米复合材料 ；原位聚合 ；溶液共混
中图分类号 ： TQ323.7 文章编号 ： 1009-797X(2019)12-0032-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.12.008
0 前言 通过均苯四甲酸二酐、4’4’- 氧二苯胺和苯胺三聚体
石墨烯，即单分子的石墨片，因其具有优良的热 （AT）官能化石墨烯在 N,N- 二甲基乙酰胺的原位共
性能、力学性能、电性能、气体传输性等，常用于制 缩聚，并经高温下的热酰亚胺化制得了含 0.25%~2%
备聚合物基纳米复合材料。而聚酰亚胺是一种具有良 石墨烯的聚酰亚胺纳米复合材料。研究发现，在 AT
好耐温性能和阻燃性能的聚合物材料，与石墨烯复合 和石墨烯之间存在 π-π 相互作用。并且，制得的墨烯
可进一步提高材料的性能，可拓展其应用领域。为此， / 聚酰亚胺纳米复合材料具有良好的物理机械性能、耐
本文主要就石墨烯 / 聚酰亚胺纳米复合材料的制备及 磨性和自润滑性。Min 等 [4] 还采用原位聚合法制备了
应用研究进展作一介绍。 石墨烯 / 聚酰亚胺纳米复合薄膜，具体的反应过程如
图 2 所示。研究结果表明，这种纳米复合薄膜因为海
1 制备方法 水润滑效果好，因此，与其它条件相比，在海水润滑
1.1 原位聚合法 条件下具有更好的耐摩擦性能。
原位聚合法是制备石墨烯 / 聚酰亚胺纳米复合材 1.2 溶液共混法
料的最常用方法。Chen 等 [1] 曾通过氨基修饰石墨烯 溶液共混法也是制备石墨烯 / 聚酰亚胺纳米复合
与二胺、二酐的原位共缩聚制备了石墨烯 / 聚酰亚胺 材料的常用方法。王亚平等 [5] 曾以对苯二胺 (PDA) 和
纳米复合材料。结果表明，石墨烯的导入均能显著提 联苯四甲酸二酐 (BPDA) 为单体，合成了聚酰亚胺前
高材料的热性能、力学性能和疏水性能。Chen 等 [2] 驱体 —— 聚酰胺酸溶液。采用溶液共混法将氧化石墨
还用乙二胺、二乙烯三胺、对苯二胺等不同胺官能化 烯与聚酰胺酸复合，经制膜和热酰亚胺化反应制备了
的石墨烯，原位聚合法合成了一系列石墨烯 / 聚酰亚 石墨烯 / 聚酰亚胺复合薄膜。结果表明，被还原的氧
胺纳米复合材料（图 1）。结果表明，含 1.0% 石墨烯 化石墨烯已经充分剥离并均匀分散在聚酰亚胺基体中，
的这种纳米复合材料的杨氏模量为 1.73 GPa，比纯 且与基体树脂结合紧密。石墨烯的加入明显改善了聚
聚酰亚胺提高了 86.02%（纯聚酰亚胺的杨氏模量是 酰亚胺的拉伸强度，当石墨烯含量为 2% 时，复合材
0.93 GPa）。并且，这种纳米复合材料的 5% 热失重温 料的拉伸强度提高了 53%。并且，复合薄膜的热稳定
度是 541.8 ℃，明显高于纯聚酰亚胺的热失重温度（纯 性也得到明显改善，相对于纯的聚酰亚胺，添加 2%
聚酰亚胺的 5% 热失重温度是 (521.5℃）。 石墨烯的复合材料其热降解温度提高了 10℃。Chen
另外，Qin 等 [3] 为了使石墨烯在聚酰亚胺基体中
的具有良好的相容性和分散性，首先合成了用作可聚 作者简介 ：周成飞（1958-），男，研究员，主要从事高分
合石墨烯分散剂的芳香族二胺，苯胺三聚体。然后， 子功能材料及其射线改性技术研究。
收稿日期 ：2018-05-22
·32· 第 45 卷 第 12 期
