一种纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米复合材料及其制备方法，属于材料制备技术领域。一种纳米复合材料，制作该材料的原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚100～200份、石墨烯3～15份、蒙脱土3～10份。石墨烯负载于网状结构的载体中，石墨烯厚度为10～50纳米。将石墨烯负载于网状结构的载体中，便于将石墨烯均匀分散，避免纳米级石墨烯出现团聚现象。网状结构让石墨烯在聚苯硫醚中形成均匀、连续的导热网络，充分发挥石墨烯导热能力强的优势。蒙脱土将聚苯硫醚和石墨烯纳入自身的层间结构中，有利于聚苯硫醚与蒙脱土的均匀混合，进一步增加了蒙脱土与聚苯硫醚的接触面积，有利于提高纳米复合材料的力学性能。

Nano composite material and preparation method thereof

The invention provides a nano composite material and a preparation method thereof, belonging to the technical field of material preparation. A nano composite material, the raw material for making the material comprises the following components according to weight fraction: polyphenylene sulfide 100~200 parts, graphene 3~15 parts, montmorillonite 3~10 parts. Graphene is supported in a network structure of graphene with a thickness of 10~50 nm. The graphene is supported in the network structure of the carrier, so that graphene can be dispersed uniformly, so that the phenomenon of agglomeration of nanometer grade graphene can be avoided. The network structure allows graphene to form a uniform and continuous heat conduction network in polyphenylene sulfide, which gives full play to the advantages of graphene thermal conductivity. Montmorillonite PPS and graphene into the interlayer structure, conducive to PPS and montmorillonite mixed evenly, further increases the contact area of montmorillonite and polyphenylene sulfide, can improve the mechanical properties of nano composite material.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种材料制备
，且特别涉及一种纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
随着近年来工业发展对导热材料耐腐蚀性、机械强度、电绝缘性和加工性能等要求，传统导热材料如金属等在某些领域已经满足不了应用需求。高分子材料具有质轻、耐化学腐蚀、成型加工性能优良、电绝缘性能优异、力学及疲劳性能优良等特点，但高分子材料本身多是热的不良导体，热量容易在局部区域集中并持续增多，且在高分子材料不同区域间的传递很少，长时间如此，会导致高分子材料失效。倘若能赋予高分子材料一定导热性，则会克服高分子材料的一些缺陷，并且拓宽高分子材料的应用领域，尤其在导热领域的应用。目前往往是通过将具有较高导热性的填料直接与聚合物基体混合制备成导热复合材料，该方法往往需要向聚合物基体中加入大量的导热填料，这不仅会大副提高材料的成本，同时材料的力学性能、可加工性也会明显下降。聚苯硫醚(PPS)热稳定性优良，具有出色的耐高温性，熔点达285℃，高于目前工业化生产的其他特种工程塑料，PPS改性复合粒料具有优良的注射加工性能，可以加工成各种规格、各种形状的PPS复合材料制品。聚苯硫醚(PPS)是热塑性塑料中稳定程度最高的树脂之一，被认为是一种仅次于聚四氟乙烯的良好耐化学腐蚀材料，且其具有高强度、高刚度、出色的耐疲劳性能和抗蠕变性能。但是，聚苯硫醚本身导热性能不好，其导热系数约为0.2W/(m.K)，在保持PPS原有优良综合性能的基础上提高其导热性能，对扩展其应用领域意义重大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米复合材料，该纳米复合材料不仅具有聚苯硫醚优异的综合性能，且具备优良的导热能力。本专利技术的另一目的在于提供一种纳米复合材料的制备方法，通过对添加的纳米粒子的预处理，使得制得的纳米复合材料具有优异的力学性能以及导热性能。本专利技术解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。本专利技术提出一种纳米复合材料，制作纳米复合材料的原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚100～200份、石墨烯3～15份、蒙脱土3～10份。石墨烯负载于网状结构的载体中，石墨烯厚度为10～50纳米。本专利技术提出一种上述纳米复合材料的制备方法，其包括：将由负载有石墨烯的载体插入蒙脱土中形成的组合物与聚苯硫醚混合。本专利技术实施例提供的纳米复合材料及其制备方法的有益效果是：石墨烯具有优异的导热能力，预先将石墨烯负载于网状结构的载体中，有利于将石墨烯均匀分散，避免纳米级石墨烯出现大量团聚的现象。网状结构让石墨烯在聚苯硫醚中形成大量均匀、连续的导热网络，充分发挥石墨烯导热能力强的优势，同时也避免了团聚对聚苯硫醚力学性能的不良影响。蒙脱土将聚苯硫醚和石墨烯纳入自身的层间结构中，更有利于聚苯硫醚与蒙脱土的均匀混合，进一步增加了蒙脱土与聚苯硫醚的接触面积，有利于提高纳米复合材料的力学性能。将负载石墨烯的载体插入蒙脱土层间后再与聚苯硫醚混合，有利于石墨烯先在蒙脱土的层间分布后，再与聚苯硫醚混合，增加了石墨烯的分散程度以及石墨烯与聚苯硫醚的接触面积，提高纳米复合材料的导热均匀性。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。下面对本专利技术实施例的纳米复合材料及其制备方法进行具体说明。本专利技术实施例提供一种纳米复合材料。制作该纳米复合材料的原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚100～200份、石墨烯3～15份、蒙脱土3～10份。石墨烯负载于网状结构的载体中，石墨烯厚度为10～50纳米。较优地，原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚120～180份、石墨烯5～10份、蒙脱土5～8份。当然，还可以进一步选用厚度为20～30纳米的石墨烯。为了得到综合性能更好、导热能力更均匀的纳米复合材料，选用粒径为50～100纳米的蒙脱土。当然，纳米粒子普遍具备较好的综合性能，但由于其尺寸较小，比表面积大，表面能较高，粒子处于能量不稳定状态，因此纳米粒子会出现较多的团聚现象，从而破坏纳米粒子的特性。为了减少纳米蒙脱土的团聚，也可以预先对纳米蒙脱土进行改性，以加强蒙脱土与聚苯硫醚之间的相容性，从而也能减少蒙脱土的团聚。蒙脱土的基本结构单元是由一片铝氧八面体夹在两片硅氧四面体之间，靠共用氧原子而形成的层状结构。在这些片层表面有过剩的负电荷，致使蒙脱土片层通常吸附有Na+，K+，Ca2+，Mg2+等水合阳离子，这种亲水的微环境不利于亲油的单体和聚合物插入。所以制备聚合物/蒙脱土复合材料时一般都需要对蒙脱土表面进行改性。例如利用有机季胺盐阳离子与蒙脱土层间的阳离子进行离子交换后，阳离子部分附着在硅酸盐片层上，有机部分留在蒙脱土层间，从而使层间距增大，同时改善了层间微环境，使蒙脱土层间由亲水疏油性变为亲油疏水性，提高复合材料中有机相与无机相的相容性，利于单体或聚合物插入蒙脱土层间形成复合材料。石墨烯是碳原子排列成单层二维晶格结构的碳质新材料，单层厚度仅为0.335nm，但却拥有高达2630m2/g的比表面积。因拥有超高强度、超高导热和导电能力以及化学惰性几大优点，石墨烯在能源领域、化工行业、材料研发、电子应用等商业方面均有广泛的应用。石墨烯拥有优异的热力学性能。实验室中采用3Ω法得到石墨烯具有的导热率介于5000-5500w/(m·k)，远超铜和银等金属材料。利用石墨烯的高导热性能可将其作为添加剂加入到材料中以提高原材料的热力学性质，也可将其制备成纳米流体来增强基础流体的导热能力，也可对材料进行接枝修饰以强化相变和对流传热等。较优地，选用二氧化硅作为网络结构的载体，将石墨烯负载于二氧化硅的网络结构中。二氧化硅本身具备耐高温的特性，因此可以与石墨烯的耐高温特性匹配使用，保证在石墨烯使用、加工过程中，二氧化硅能够一直为石墨烯提供支撑。不会出现由于石墨烯载体热分解，造成石墨烯逐渐析出树脂基体的情况。也可以采用其他具有网络结构的物质作为石墨烯载体。将二氧化硅采用化学接枝的方式与石墨烯结合，能够更好的防止石墨烯析出树脂基体。该纳米复合材料中，同时具备了层状结构与网状结构的粒子，层状与网状的交叉使得复合材料具有一个全面覆盖聚苯硫醚基体的导热网络，且能够进一步提高聚苯硫醚的力学性能。例如，在聚苯硫醚受到外界破坏时，交叉的层状与网状能够吸收外部能量，及时阻止破坏在聚苯硫醚内部的深入。当然，也可以将这两种粒子加入到其他树脂中，例如聚丙烯、聚氯乙烯、环氧树脂、尼龙等等，或者是加入到聚苯硫醚与其他树脂的混合料中。本专利技术实施例还提供了一种上述的纳米复合材料的制备方法。将由负载有石墨烯的载体插入蒙脱土中形成的组合物与聚苯硫醚混合。将负载有石墨烯的载体事先插入蒙脱土层间形成组合物，即先将石墨烯进行初次的分散，后续加工过程中再将石墨烯分散到聚苯硫醚中，进行石墨烯的第二次分散。经过对石墨烯的两次分散，有利于石墨烯在聚苯硫醚中形成均匀的导热通道和导热层面。较优地，为了负载有石墨烯的载体在蒙脱土中的插层效果更好，先将插层剂与蒙脱土配制为混合溶液，再将负载有石墨烯的载体分散到混合溶液中。蒙脱土的有机化改性主要采用的插层剂有：阳离子表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合材料，其特征在于，制作所述纳米复合材料的原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚100～200份、石墨烯3～15份、蒙脱土3～10份，所述石墨烯负载于网状结构的载体中，所述石墨烯厚度为10～50纳米。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合材料，其特征在于，制作所述纳米复合材料的原料包括按重量份数计的以下组分：聚苯硫醚100～200份、石墨烯3～15份、蒙脱土3～10份，所述石墨烯负载于网状结构的载体中，所述石墨烯厚度为10～50纳米。2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述原料包括按重量份数计的以下组分：所述聚苯硫醚120～180份、所述石墨烯5～10份、所述蒙脱土5～8份。3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述石墨烯厚度为20～30纳米。4.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述载体为二氧化硅。5.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述蒙脱土粒径为50～100纳米。6.一种如权利要求1～5任一项所述的纳米复合材料的制备方法，其特征在于，其包括：将由负载有所述石墨烯的所述载体插入所述蒙脱土中形成的组合物与所...

【专利技术属性】
技术研发人员：左桂鸿，贾相华，王丹，郑友进，
申请(专利权)人：牡丹江师范学院，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23