石墨烯增强PE复合材料的组织与性能研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.004

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (2): 15-20.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.02.004

石墨烯增强PE复合材料的组织与性能研究

余田亮¹, 陈文革¹(), 陈施润¹, 陈达¹, 周伟², 周兰燕²

^1.西安理工大学材料科学与工程学院，西安 710048
^2.陕西三原鑫满意塑胶科技有限公司，陕西咸阳 712000

收稿日期:2024-05-05 出版日期:2025-02-26 发布日期:2025-02-27
通讯作者: 陈文革（1969—），男，教授，从事高分子材料及其复合材料制备与改性的研究，wgchen001@263.net
E-mail:wgchen001@263.net
基金资助:
陕西三原科技发展项目(2022KJG?08)

Study on microstructure and properties of graphene⁃reinforced polyethylene composites

YU Tianliang¹, CHEN Wenge¹(), CHEN Shirun¹, CHEN Da¹, ZHOU Wei², ZHOU Lanyan²

^1.College of Materials Science and Engineering，Xi'an University of Technology，Xi'an 710048，China
^2.Shaanxi Sanyuan Xin Satisfied Plastic Technology Co，Ltd，Xianyang 712000，China

Received:2024-05-05 Online:2025-02-26 Published:2025-02-27
Contact: CHEN Wenge E-mail:wgchen001@263.net

摘要/Abstract

摘要：

采用机械球磨和挤压热熔法制备聚乙烯（PE）/改性石墨烯复合材料，探讨改性石墨烯对PE复合材料的微观组织和相关性能的影响。结果表明，通过稀土改性能够使石墨烯在PE基体中均匀分散；制备的PE/0.5 %（质量分数）CeO₂@rGO复合材料的结晶度为62.14 %，相较于纯PE的拉伸强度提高8.6 %，弹性模量提高5.79 %，冲击韧性最大为4.35 kJ/m²。断裂模式由纯韧性断裂转变成脆性⁃韧性断裂结合。同时改性石墨烯的加入使热分解温度升高20 ℃。

关键词: 改性石墨烯, 聚乙烯, 复合材料, 组织与性能

Abstract:

In this study， polyethylene （PE）/modified graphene composites were prepared through mechanical ball milling and hot melt extrusion， and the effect of modified graphene on the microstructure and properties of the composites were investigated. The results indicated that graphene can be uniformly dispersed in the PE matrix through modification with rare earth. The as⁃prepared PE/0.5 wt%CeO₂@rGO composite exhibited a degree of crystallinity of 62.14 %， its tensile strength increased by 8.6 %， its elastic modulus increased by 5.79 %， and its impact toughness increased up to 4.35 kJ/m². A change in the fracture mode took place from a sole ductile fracture to the brittle⁃ductile combined one. Meanwhile， the addition of modified graphene resulted in an increase in the thermal decomposition temperature by 20 ℃.

Key words: modified graphene, polyethylene, composite, structure and property

中图分类号:

TQ325.1⁺2

余田亮, 陈文革, 陈施润, 陈达, 周伟, 周兰燕. 石墨烯增强PE复合材料的组织与性能研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(2): 15-20.

YU Tianliang, CHEN Wenge, CHEN Shirun, CHEN Da, ZHOU Wei, ZHOU Lanyan. Study on microstructure and properties of graphene⁃reinforced polyethylene composites[J]. China Plastics, 2025, 39(2): 15-20.

图/表 10

图１试样制备流程示意图

Fig.1 Schematic diagram of preparation process of the sample

图2 纯PE与PE/改性石墨烯复合材料的XRD谱图

Fig.2 XRD patterns of the pure PE and PE/modified graphene composite materials

图3 PE/改性石墨烯复合材料的DSC结晶曲线

Fig.3 DSC crystallization curves of the PE/modified graphene composite materials

样品	T_c/℃	ΔH_c/ J·g^-1	T_m/℃	ΔH_m/ J·g^-1	X_c/%
纯PE	114.22	136.41	132.45	113.91	38.88
PE/0.5 %CeO₂@rGO	117.71	161.90	129.89	182.02	62.14
PE/1.0 %CeO₂@rGO	117.65	162.00	129.94	177.04	60.42
PE/0.5 % GO	117.61	159.90	129.83	172.96	59.03

表1 PE/改性石墨烯复合材料的DSC数据

Tab.1 DSC data of the PE/modified graphene composite materials

图4 PE/改性石墨烯复合材料的TG曲线

Fig.4 TG curves of the PE/modified graphene composite materials

样品	T_onset/℃	T_max/℃	质量损失率/%
纯PE	442.50	486.78	99.435
PE/0.5 %CeO₂@rGO	469.94	503.47	99.675
PE/1.0 %CeO₂@rGO	470.41	505.19	99.321
PE/0.5 % GO	470.61	505.03	99.820

表2 PE/改性石墨烯复合材料的TG数据

Tab.2 TG data of the PE/modified graphene composite materials

图5 PE/改性石墨烯复合材料的SEM照片

Fig.5 SEM images of the PE/modified graphene composite materials

图6 纯PE和PE/改性石墨烯复合材料的PLM照片

Fig.6 PLM images of the pure PE and PE/modified graphene composite materials

图7 复合材料的力学性能

Fig.7 Mechanical properties of the composites

图8 PE/改性石墨烯复合材料的拉伸断口SEM照片

Fig.8 SEM images of tensile fracture surface of the PE/modified graphene composite materials

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石墨烯增强PE复合材料的组织与性能研究

Study on microstructure and properties of graphene⁃reinforced polyethylene composites

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