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导电高分子特殊的结构、优异的物理化学性能使它成为不可替代的新兴基础有机功能材料之一，广泛应用于能源、光电子器件、信息、传感器等。一维纳米CNT和零维纳米BC、EG作为高分子导电填料得到了成功的应用。但从结构和性能来看，片层状的二维石墨烯无疑是一种最理想的高分子导电填料。由于成型过程的复杂性和多样性，导电高分子的电导性除受填料的结构、形态、含量影响外，还和填料在基体中的分散形式及导电通道的形成有密切关系。因此，填料的结构形态及分散方式对导电高分子电性能的影响成为目前研究的重点和热点。本文以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为基体材料，石墨烯(GO)、碳纳米管(CNT)和石墨(EG)为无机粒子为导电填料，采用原位复合法和溶液混合法制备了导电复合材料。借助于4200CSC静电计、吉时利高电阻测试固定装置、原子力学显微镜、T20ST飞利浦电子显微镜、热重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)及力学性能测试等分析手段研究了填料种类、含量、表面处理、制备工艺、结晶度及微观结构等因素对复合材料导电性能、力学性能、热稳定性能的影响。
首先进行了单组分导电填料对UHMWPE性能的影响研究，结果发现，与其它碳系填料相比，GNS的逾渗值非常低，GNS/PE复合材料导电逾渗值仅为0.6(vol)％( CNT为0.8％，EG为12％)，达到逾渗值时，导电率由10-16S/m提高到10-13S/m，仅提高了3个数量级。而CNT和EG分别使PE的电导率提高到2.59*10-2S/m;0.956S/m，提高了14～15个数量级。此外，GNS填料的加入提高了复合材料的力学性能，但CNT、EG填料粒子的加入降低了材料的力学性能。这说明，导电填料GNS、CNT及EG均能有效改善UHMWPE基复合材料的导电性能。复合材料的导电率随填料含量的增加而增大，同时得到了较低的导电逾渗值，但石墨烯对复合材料的导电性能提高幅度不大。
其次对二元混杂CNT/GNS/PE及EG/GNS/PE复合材料的导电性能、力学性能及热稳定性能进行了研究。结果发现，在混合填料总量一定的情况下，改变混合填料的配比可以得到综合性能较优的导电高分子材料。二元混杂CNT/GNS/PE体系，当CNT∶GNS=3∶1的复合材料，复合材料渗流阈值0.6％，导电率达到10-3S·m-1，比单一使用CNT做导电填料时，导电逾渗值0.8％，导电率1.56×10-2S·m-1,说明石墨烯的加入降低的导电逾渗值，但是体系导电率相对有较小程度的减小，此时拉伸强度为19.26MPa，断裂伸长率为38.77％，高于单一填充EG时的拉强与伸长率，综合性能较优。二元混杂EG/GNS/PE体系，当EG∶GNS=20∶1的复合材料逾渗阀值为15wt％，导电率达到0.1011S·m-1，比单一使用EG做导电填料时，导电逾渗值15％，导电率0.956S·m-1，说明石墨烯的加入没有影响导电逾渗值，但是体系导电率相对有较小程度的减小，此时拉伸强度为30.35MPa，断裂伸长率为446.1％，综合性能较优。同时，随混合导电粒子的加入，复合材料的热稳定性有所提高，但提高幅度很小，大约提高了10℃～30℃左右。
最后，分别应用统计渗滤模型、有效介质模型、Rajagopal&Satyam模型对EG/UHMWPE体系的导电率进行了预测，结果表明有效介质模型能较好的预测EG/UHMWPE体系的导电率。