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聚合物基复合材料具有良好的力学性能和功能性,已成为高分子材料研究的热点。碳填料性能优异,是改善高分子材料的使用性能,拓宽其应用范围的理想填料。高密度聚乙烯(HDPE)价格低廉且加工性良好,加入碳纳米填料不仅能够实现增韧和增强的效果,同时还能够赋予HDPE基体良好的导电性。本课题以HDPE为基体,以石墨烯纳米片(GNP)、GNP/多壁碳纳米管(MWCNT)杂化材料为无机纳米填料,乙烯-辛烯共聚物接枝马来酸酐(POE-g-MA)和高密度聚乙烯接枝马来酸酐(HDPE-g-MA)为增容剂,采用熔融共混法制备出多种HDPE复合材料。考察了填料的含量、类型以及增容剂含量、种类对复合材料流变特性、电学和力学性能的影响。研究结果如下:(1)考察了GNP和POE-g-MA含量对HDPE/GNP复合材料流变特性、电学和力学性能的影响。HDPE/GNP和HDPE/POE-g-MA/GNP复合材料G’曲线在低频区均出现“第二平台”,表现出明显的凝胶化现象,凝胶点对应的GNP含量分别为11.50 wt%、4.00 wt%。两种复合材料均表现出明显的导电逾渗现象,且HDPE/GNP复合材料的凝胶点位于导电逾渗区内。POE-g-MA的加入可显著提高HDPE/GNP复合材料的韧性。POE-g-MA含量为20 wt%时,凝胶点对应HDPE/POE-g-MA/GNP复合材料的缺口冲击强度达到最大值49.50 k J/m~2,约为纯HDPE的7.62倍,表明该复合材料的力学性能与流变特性具有一定的相关性。(2)考察了GNP/MWCNT杂化填料的比例和含量对HDPE/GNP/MWCNT复合材料流变特性、电学和力学性能的影响。GNP/MWCNT杂化填料比例分别为7/3、5/5、2/8时,HDPE/GNP/MWCNT复合材料分别在GNP/MWCNT含量为3.00 wt%、2.45 wt%、1.42 wt%出现凝胶点,且凝胶点均位于导电逾渗区内。GNP/MWCNT含量为0.5 wt%时,三种HDPE/GNP/MWCNT复合材料的缺口冲击强度分别为15.05 k J/m~2、9.98 k J/m~2、10.42 k J/m~2,约是纯HDPE的2.32倍、1.54倍、1.60倍。(3)考察了增容剂种类对HDPE/GNP/MWCNT复合材料流变特性、电学和力学性能的影响。GNP/MWCNT比例为7/3时,HDPE/GNP/MWCNT、HDPE/HDPE-g-MA/GNP/MWCNT、HDPE/POE-g-MA/GNP/MWCNT复合材料在GNP/MWCNT含量分别为3.00 wt%、4.64 wt%、2.10 wt%出现凝胶点;GNP/MWCNT比例为2/8时,三种复合材料在GNP/MWCNT含量分别为1.42wt%、2.50 wt%、1.25 wt%出现凝胶点。增容剂HDPE-g-MA和POE-g-MA的加入使得复合材料的导电逾渗区变宽并且向更高的GNP/MWCNT含量移动。GNP/MWCNT含量为0.5 wt%,GNP/MWCNT比例为7/3时,HDPE/POE-g-MA/GNP/MWCNT复合材料缺口冲击强度为20.17 k J/m~2,约为纯HDPE的3.10倍;GNP/MWCNT比例为2/8时,该复合材料的缺口冲击强度达到53.5 k J/m~2,约是纯HDPE的8.23倍。(4)凝胶点处对应的复合材料均呈现出网络状结构。杂化GNP/MWCNT填料和增容剂POE-g-MA加入使复合材料韧性大幅提高的原因在于网络结构的破坏、弹性体的形变、MWCNT和GNP的变形、拔出以及它们的协同作用诱发HDPE产生剪切带等屈服形变过程中吸收或耗散了大量的冲击功。