一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，該方法將石墨原料、PA6粉料以及不同尺寸的球磨珠一起放入高壓不銹鋼球磨釜中，并固定在球磨機(jī)上，然后通過高壓泵將CO2打入球磨釜內(nèi)除盡釜內(nèi)的空氣后，在球磨釜溫度、壓力分別為33

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法


[0001]本專利技術(shù)涉及PA6復(fù)合材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法。

技術(shù)介紹

[0002]石墨烯具有優(yōu)異的導(dǎo)熱、導(dǎo)電以及機(jī)械性能，可有效提升聚合物材料的機(jī)械、導(dǎo)電和導(dǎo)熱等性能，在改性聚合物塑料領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。聚酰胺6(以下簡(jiǎn)稱：PA6)是一種重要的熱塑性工程塑料，因具有良好的力學(xué)、耐腐蝕、比強(qiáng)度高和易于加工成型等性能，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械零部件和包裝等工程塑料領(lǐng)域。為了改善和提高PA6在實(shí)際應(yīng)用過程中存在的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能和易吸水等方面的不足，采用石墨烯作為功能改性添加劑，制備高性能功能化的石墨烯/PA6復(fù)合材料成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
[0003]Xiang Yu等(PLASTICS,RUBBER AND COMPOSITES，2020,VOL.49,NO.7,281
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288)報(bào)道了采用液相剝離得到石墨烯，然后通過熔融擠出方法制備了石墨烯/PA6復(fù)合納米材料，提高了PA6的機(jī)械性能；中國專利CN201610459339.7和CN201810599562.0分別公開了一種石墨烯改性PA6復(fù)合材料及其制備方法和一種石墨烯改性PA6生產(chǎn)裝置及生產(chǎn)工藝，這兩個(gè)專利雖然涉及石墨烯/PA6的制備，但是它們都是將石墨烯改性后，再通過混合方式制備石墨烯/PA6復(fù)合材料。由于石墨烯片層間存在很強(qiáng)的分子間作用力，石墨烯極易發(fā)生團(tuán)聚，很難分散在聚合物基體中，需使用大量分散劑、改性劑等。目前，制備石墨烯/PA6復(fù)合材料主要是采用原位聚合、溶液共混和熔融共混等方法(塑料工業(yè)，2018，10：1
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5)。
[0004]但是，前面所述方法都是采用預(yù)先制備好的氧化石墨烯或氧化還原石墨烯，經(jīng)過添加分散劑、改性劑等各種助劑與PA6進(jìn)行混合制備石墨烯/PA6復(fù)合材料，顯然，這些改性劑和分散劑會(huì)大大影響復(fù)合材料電學(xué)性能。此外，這些方法還受到制備石墨烯原料的影響，存在工藝復(fù)雜、工藝放大難以及保持石墨烯原有性能而不發(fā)生團(tuán)聚的問題。因此，具有優(yōu)異性能，尤其是電學(xué)性能的石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備技術(shù)和放大應(yīng)用仍然是亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

[0005]本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種具有良好導(dǎo)電性能、方法工藝簡(jiǎn)單，容易工業(yè)放大的石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法。
[0006]本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0007]本專利技術(shù)方法通過超臨界CO2和PA6的協(xié)同增效作用，在剝離石墨為石墨烯的同時(shí)，將石墨烯原位均勻分散到PA6中，不僅提高了剝離效率，而且還克服了石墨烯容易團(tuán)聚，不易分散的難題，從而獲得具有優(yōu)異電學(xué)等性能的石墨烯/PA6復(fù)合材料。
[0008]為達(dá)上述目的，本專利技術(shù)采用可工業(yè)化生產(chǎn)的球磨工藝，創(chuàng)新性地在球磨罐中引入超臨界CO2和PA6粉末，利用超臨界CO2、PA6和石墨在球磨系統(tǒng)中的協(xié)同增效作用，原位剝離石墨為石墨烯，所剝離的石墨烯及時(shí)均勻地與PA6結(jié)合，并在PA6基體中形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，
均勻分散，于是獲得具有優(yōu)異電學(xué)性能的石墨烯/PA6復(fù)合材料。具體專利技術(shù)的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
方案如下：
[0009]一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，該方法具體包括以下步驟：
[0010]將石墨、PA6和球磨珠放入高壓球磨釜中，關(guān)閉釜蓋，并固定在球磨機(jī)上，優(yōu)選行星球磨機(jī)；
[0011]向球磨釜中加入CO2，打開加熱器，使高壓球磨釜中溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值；
[0012]將球磨機(jī)運(yùn)行，待球磨運(yùn)行時(shí)間達(dá)到預(yù)定值后，關(guān)閉電源，釋放球磨釜中CO2至常壓后，打開釜蓋，通過篩網(wǎng)分離球磨珠后，收集所制備的石墨烯/PA6復(fù)合材料。
[0013]進(jìn)一步地，所述的石墨包括膨脹石墨或鱗片石墨，所述的PA6為粉料。
[0014]進(jìn)一步地，所述的石墨在PA6和石墨總原料中的重量比為0.1
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20％。
[0015]進(jìn)一步地，高壓球磨釜中，石墨和球磨珠的質(zhì)量比為(0.05
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2):1000。
[0016]進(jìn)一步地，高壓球磨釜中，石墨和PA6粉總質(zhì)量與球磨珠的質(zhì)量比為(1
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10):100。
[0017]進(jìn)一步地，所述球磨珠的直徑為1
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30mm，球磨珠的材質(zhì)為氧化鋯、不銹鋼、氧化鋁或瑪瑙硬質(zhì)合金中的一種或幾種。
[0018]進(jìn)一步地，所述高壓球磨釜中溫度為33
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80℃；壓力為8
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40MPa。
[0019]進(jìn)一步地，所述高壓球磨釜中溫度為45
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65℃；壓力為15
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25MPa。
[0020]進(jìn)一步地，球磨的轉(zhuǎn)速為100
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600rpm；時(shí)間為6
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48h。
[0021]進(jìn)一步地，球磨的轉(zhuǎn)速為200
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400rpm；時(shí)間為12
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24h。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)在超臨界CO2和PA6以及球磨的協(xié)同作用下，石墨烯制備和PA6混合原位同時(shí)進(jìn)行，不僅提高了制備石墨烯的效率，而且防止了石墨烯的團(tuán)聚，使石墨烯有效均勻地分散在PA6中，從而獲得了具有優(yōu)良電學(xué)等性能的石墨烯/PA6復(fù)合材料。此外，該技術(shù)工藝流程簡(jiǎn)單，容易工業(yè)放大，而且是環(huán)境友好的可持續(xù)綠色技術(shù)。
[0023]另一方面，現(xiàn)有的球磨方法都會(huì)加入溶劑或分散劑，這些溶劑一般是有機(jī)溶劑，易燃，甚至有毒害，最后還涉及樣品與溶劑的分離過程(有些可能直接用，不再分離)。而本案的超臨界CO2本質(zhì)上也是一種溶劑，是一種特殊的溶劑，超臨界CO2具有類似氣體和液體的性質(zhì)，具有類似氣體的高擴(kuò)散性和滲透性以及類似液體的溶劑化能力，而且超臨界CO2的溶劑能力可隨密度的變化而變化(其密度是可以調(diào)節(jié)的，不像其它溶劑不可調(diào)，比如水在室溫到100℃，密度不變，乙醇也類似)。
[0024]另外，通過調(diào)節(jié)壓力和溫度(密度改變)超臨界CO2與石墨烯的親和性也會(huì)改變，從而可以起到分散穩(wěn)定的作用；而且，CO2在室溫下為氣體，很容易與樣品分離，不需要再進(jìn)行分離。此外，在本專利技術(shù)中，超臨界CO2可滲透擴(kuò)散到PA6聚合物中，對(duì)PA6具有塑化作用，使PA6進(jìn)入石墨層間，輔助剝離石墨為石墨烯，同時(shí)增強(qiáng)石墨烯在PA6中的均勻分散，實(shí)現(xiàn)剝離的石墨烯原位與PA6復(fù)合形成石墨烯/PA6復(fù)合物。
[0025]因此，本專利技術(shù)中球珠對(duì)石墨、PA6作用以及超臨界CO2與石墨、石墨烯以及PA6的相互作用，大大增強(qiáng)了石墨的剝離，同時(shí)與PA6的復(fù)合。
附圖說明
[0026]圖1為本專利技術(shù)石墨烯/PA6復(fù)合材料制備流程示意圖
[0027]圖2為實(shí)施例1中石墨烯/PA6復(fù)合材料掃描電鏡圖
[0028]圖3為實(shí)施例2中石墨烯/PA6復(fù)合材料制備的薄膜數(shù)碼照片。
具體實(shí)施方式
[0029]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例在以本專利技術(shù)技術(shù)方案為前提下本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該方法具體包括以下步驟：將石墨、PA6和球磨珠放入高壓球磨釜中，關(guān)閉釜蓋，并固定在球磨機(jī)上；向球磨釜中加入CO2，使高壓球磨釜中溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值；將球磨機(jī)運(yùn)行，待球磨運(yùn)行時(shí)間達(dá)到預(yù)定值后，關(guān)閉電源，釋放球磨釜中CO2至常壓后，打開釜蓋，通過篩網(wǎng)分離球磨珠后，收集所制備的石墨烯/PA6復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的石墨包括膨脹石墨或鱗片石墨，所述的PA6為粉料。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的石墨在PA6和石墨總原料中的重量比為0.1
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20％。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，高壓球磨釜中，石墨和球磨珠的質(zhì)量比為(0.05
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2):1000。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯/PA6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述球磨珠的直徑為1
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30mm，球磨珠的材質(zhì)為氧化鋯、不銹鋼、...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙亞平，呂仕銘，杜長(zhǎng)森，羅一森，譚慧君，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：蘇州世名科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：