阻隔性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）在包装、太阳能电池、柔性可穿戴器件等领域有广泛的应用前景,但由于其阻隔性能不足限制其在这些领域中的应用。以石墨烯（GNs）改性聚合物提高其阻隔性能是近年的研究热点,但由于GNs与聚合物基体界面作用不足,通常难以发挥GNs优异的阻隔性能,因此,对GNs表面进行修饰,增强其与聚合物基体的相互作用以提高复合材料的性能是本领域关注的焦点。针对现有GNs表面改性技术需要大量有机溶剂的不足,本论文以绿色环保的超临界二氧化碳（SC-CO₂）为反应介质,将GNs表面结构设计与微纳叠层共挤加工技术相结合,以几种不同结构硅烷偶联剂调控GNs表面性质,并对比研究不同表面性质GNs对其微纳叠层挤PET复合材料结构与性能的影响,阐明相关机理,可为高性能GNs/聚合物复合材料的结构设计与制备提供理论指导。论文的主要研究内容和结果如下:1、以SC-CO₂为反应介质,采用三种不同结构硅烷偶联剂KH550、KH560、KH570对GNs表面进行接枝改性,研究了硅烷偶联剂结构、硅烷偶联剂含量以及反应时间对GNs形态结构与表面性质的影响。结果表明,KH550、KH560、KH570均成功接枝到GNs表面上,经硅烷偶联剂改性后的GNs聚集体尺寸相对于未改性GNs明显减小,聚集体结构明显蓬松,且以KH560改性的GNs聚集体结构最为蓬松。随硅烷偶联剂含量的增加,改性GNs的接枝量呈现增加后降低的趋势,当石墨烯与硅烷偶联剂比例为1:15时,改性GNs的接枝量最大,为1.3513mequi/g,改性GNs聚集体结构最为蓬松。随SC-CO₂反应时间的增加,改性GNs的接枝量也呈现现增加后降低的趋势,当反应时间为2h时,改性GNs的接枝量最大,可达1.4593mequi/g,改性GNs聚集体尺寸细小且结构蓬松。2、研究了不同结构硅烷偶联剂改性GNs对其PET复合材料结构与性能的影响。结果表明,改性后GNs在PET基体中的分散性明显改善,不同结构硅烷偶联剂改性GNs在PET基团中的分散性不同,以KH560改性的GNs在PET中的分散性最好。改性后GNs与PET基体的界面作用均增强,且以KH560改性的GNs与PET基体的界面作用最强。结晶行为及结晶结构研究结果表明,GNs对PET具有明显的异相成核作用,改性后GNs对PET的异相成核作用变化不明显,但初始成核速率显著增强,结晶度变化不明显,改性前后GNs/PET复合材料中均形成尺寸为30nm左右的球晶。阻隔性能研究结果表明,改性后GNs/PET复合材料的氧阻隔性能均明显改善,以KH550、KH560、KH570改性的GNs制备的复合材料,氧气渗透率相对于纯PET分别降低了57.9%、36.9%和58.0%;水阻隔性能受硅烷偶联剂结构影响较大,以KH550和KH560改性的GNs制备的复合材料,水蒸气渗透率分别降低62.2%和90.1%,但以KH570改性的GNs制备的复合材料,水蒸气渗透率没有改善;阻隔性能的提高主要是GNs的分散结构及其与PET基体界面作用及界面结合键对气体离子亲和力的综合作用导致。力学性能研究结果表明,改性前后GNs/PET复合材料均呈现较好的强韧性,且改性后GNs制备的复合材料强韧性进一步提高,拉伸强度可达59.2～65.5MPa,断裂伸长率可达612%～730%。3、研究了GNs表面硅烷偶联剂接枝量对其PET复合材料结构与性能的影响。结果表明,随硅烷偶联剂接枝量的增加,GNs在PET基体中的分散性逐步改善,GNs与PET基体的界面作用呈现先增加后降低的趋势。结晶行为及结晶结构研究结果表明,随硅烷偶联剂接枝量的增加,GNs对PET异相成核作用变化不明显,但复合材料的结晶度硅烷偶联剂接枝量的增加而增加,并出现少量串晶结构。阻隔性能结果表明,随硅烷偶联剂接枝量的增加,复合材料的氧气渗透率先降低后上升,当接枝量为1.0354mequi/g和1.3513mequi/g时,复合材料的氧气渗透率分别为2.13084 cc/[m²-day]和2.11063 cc/[m²-day],氧阻隔性能的提高主要是由于GNs的分散及其与聚合物界面的作用改善以及基体中形成少量串晶结构导致。力学性能研究结果表明,随着硅烷偶联剂的加入,不同接枝量的GNs560/PET复合材料拉伸强度和断裂伸长率比GNs/PET复合材料分别提升了10%～22%和32.5%～67.2%。