一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法技术

本发明专利技术提供了一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，属于高分子增韧改性领域。该方法是利用纸团状石墨烯微球作为增韧剂与尼龙6熔融共混挤出,来提高尼龙6冲击强度；所述纸团状石墨烯微球的表面为多褶皱片层结构，具有良好的柔韧性，同时形成的微球结构能更好的分散在于尼龙6基体中，类似于弹性粒子作用，可以显著提高尼龙6材料的冲击强度，同时石墨烯还赋予了尼龙6材料更高的耐热性、耐老化性、阻燃性和抗静电性，改善尼龙的吸水性，扩展了尼龙6材料的应用领域。

A ball shaped graphene method to improve the impact strength of nylon 6

The invention provides a ball shaped graphene method to improve the impact strength of nylon 6, belongs to the high polymer toughening field. This method is the use of ball shaped graphene microspheres as toughening agent and nylon 6 melt extrusion, to improve the impact strength of nylon 6; the surface of the ball shaped graphene microspheres to multi fold lamellar structure, has good flexibility, while the formation of microspheres structure can be better dispersed in nylon 6 matrix, similar in the elastic particles can significantly improve the effect, the impact strength of nylon 6 material, while graphene also gives the nylon 6 materials of high heat resistance, aging resistance, flame retardant and antistatic property, improve the water absorption of nylon, expands the application fields of nylon 6.

【技术实现步骤摘要】
一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法
本专利技术属于高分子增韧改性领域，具体涉及一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法。
技术介绍
尼龙在五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广，具有机械强度高、熔点高、耐磨、耐油、耐热性能优良等优点，广泛应用于汽车、电子电气、机械等领域。由于在很多应用领域中对尼龙的韧性有更高的要求，为了满足这些应用，必须对尼龙进行增韧改性。通常情况下，对尼龙的增韧改性主要有弹性体增韧、无机刚性粒子增韧、有机刚性粒子增韧三种方法，弹性体能显著提高尼龙材料的韧性，但同时会大幅度降低材料的刚性和强度；无机刚性粒子和有机刚性粒子在增韧的同时能够增强，但其增韧幅度有限。同时，通过研究发现，刚性粒子的形态会影响基体的增韧效果，在片状、球状、针状结构中的刚性粒子中，球状结构的刚性粒子对材料的增韧效果最好。石墨烯是一种具有二维晶体结构的纳米材料，具有很多优异的性能。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，由此，结合高分子增韧机理，若能将片层石墨烯构建成球状结构，石墨烯势必将成为一种理想的增韧改性材料。
技术实现思路
针对现有的尼龙6增韧技术，本专利技术提供了一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法。本专利技术的目的，是通过以下技术方案实现的：一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，所述方法是利用纸团状石墨烯增韧尼龙6，所述纸团状石墨烯微球由单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为500nm～5μm，密度为0.2～0.4g/cm3，碳氧比为20～60，比表面积低于200m2/g。进一步地，所述纸团状石墨烯微球由以下步骤制备得到：(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，置于还原性气体氛围中进行还原，得到还原氧化石墨烯微球；(3)将步骤(2)得到的还原氧化石墨烯微球进行高温处理，温度高于1000℃，得到纸团状石墨烯微球。进一步地，所述步骤(1)的单层氧化石墨烯分散液中，还可以含有还原剂。在雾化过程中，氧化石墨烯片发生褶皱，同时，还原剂以分子形态附着在片层表面。所述还原剂为碘化氢、溴化氢、水合肼、维生素C、硼氢化钠等。还原剂与单层氧化石墨烯质量比为0.1～10。所述步骤(1)中的雾化干燥温度为100～200℃，使得包裹在褶皱结构中的还原剂对氧化石墨烯进行初步还原。进一步地，步骤(2)中所述的还原性气氛为水合肼蒸汽、氢碘酸蒸汽、氢气、氢溴酸蒸汽中的一种或多种。还原条件为：在60～200℃下还原30min～48h左右。进一步地，步骤(3)中所述的高温处理温度为2500～3000℃，处理时间为30min～48h，气氛为氮气、氦气、氢气氩气混合气、氩气中的一种。进一步地，所述的纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，通过以下步骤：(1)将尼龙6与石墨烯微球重量配比为100:0.05～1，在混合机中进行预混，得到混合均匀的尼龙6/石墨烯预混料，预混前先将尼龙6与石墨烯微球在真空烘箱中80～105℃中烘干8～12小时；(2)将步骤(1)得到的预混料用双螺杆挤出机在加工温度230～250℃，转速150～250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得尼龙6/石墨烯复合材料。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术首先通过雾化干燥法制备得到氧化石墨烯微球，在雾化干燥前将还原剂加入氧化石墨烯分散液中，混合均匀，使还原剂以分子形式负载在氧化石墨烯片表面。之后在雾化干燥的过程中，部分还原剂与氧化石墨烯表面的含氧官能团发生反应，产物随溶剂的挥发而脱出，剩余还原剂则以分子形式附着在氧化石墨烯片表面，并随其皱褶被包裹起来。第二步采用化学还原，在还原性气氛下，氧化石墨烯微球内部和表面的含氧官能团与还原剂充分反应，较低的温度使得气体的产生和释放缓慢，避免了直接热还原中基团快速脱除产生气体，导致体积急剧膨胀的现象，因而保持了石墨烯仍以褶皱片的形式紧密结合而不分离。第三步高温热还原一方面使剩余少量的含氧官能团脱除，并修复氧化石墨烯片中的缺陷结构，另一方面，使微球内残留的水分、还原产物和未反应的还原剂脱除。此外，我们在实验中意外发现，在极高温度下(2500～3000℃)下，石墨烯微球的直径逐渐减小，密度增大，比表面积降低。这可能是由于石墨化温度下，石墨烯片的结构完美化，使得石墨烯褶皱结合力增强，石墨烯片间作用力增大，相互之间的距离缩短，逐步使石墨烯球的结构致密化。2、纸团状石墨烯微球用于尼龙6材料的增韧改性剂，球状结构的石墨烯粒子更容易分散在尼龙6基体中，石墨烯微球表面的微褶皱形态和结构又赋予了石墨烯粒子更好的柔软性，相对普通片层填料能进一步对应力进行缓冲，类似于弹性粒子作用，提高尼龙6材料的冲击强度。3、纸团状石墨烯增韧尼龙6复合材料通过熔融共混挤出的方式加工，该方法操作工艺简单，无溶剂污染，生产效率高，适合大规模生产。4、利用石墨烯对尼龙6材料进行改性，石墨烯不但提高了尼龙6材料的冲击强度，同时也对尼龙6个结晶有促进作用，进而更进一步的提高材料的刚性和耐热性，另由于石墨烯的综合性能也能赋予材料更优良的抗静电性、抗紫外老化性、阻燃性及耐水性等综合性能。附图说明图1是经本专利技术实施例制备的纸团状石墨烯微球的微观形貌。图2是经本专利技术对比例2制备的膨胀石墨烯微球的微观形貌。具体实施方式一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，步骤如下：(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球。所述单层氧化石墨烯分散液中还可以含有还原剂，在雾化过程中，氧化石墨烯片发生褶皱，同时，还原剂以分子形态附着在片层表面。还原剂为碘化氢、溴化氢、水合肼、维生素C、硼氢化钠等。还原剂与单层氧化石墨烯质量比为0.1～10。雾化干燥温度为100～200℃，使得包裹在褶皱结构中的还原剂对氧化石墨烯进行初步还原；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，置于还原性气体氛围中，在60～200℃下还原30min～48h得到还原氧化石墨烯微球；所述的还原性气氛为水合肼蒸汽、氢碘酸蒸汽、氢溴酸蒸汽中的一种或多种；(3)将步骤(2)得到的还原氧化石墨烯微球进行高温处理，温度高于1000℃，得到纸团状石墨烯微球；气氛为氮气、氦气、氢气氩气混合气、氩气中的一种，处理时间为30min～48h。进一步地，所述温处理温度为2500～3000℃。(4)将尼龙6与步骤(3)所得的石墨烯微球按重量配比为100:0.05～1，在混合机中进行预混，得到混合均匀的尼龙6/石墨烯预混料，预混前先将尼龙6与石墨烯微球在真空烘箱中80～105℃中烘干8～12小时；(5)将步骤(4)所得到的预混料用双螺杆挤出机在加工温度230～250℃，转速150～250rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得冲击强度增强的尼龙6/石墨烯复合材料。本专利技术的制备的复合材料采用ASTM标准注塑，注塑机在230～260℃条件下注塑成型，试样成型后在温度为23±2℃，湿度为50±5％的标准环境中放置88h后测试，测试环境为温度为23±2℃，湿度为50±5％。下面通过实施例对本专利技术进行具体描述，本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，其特征在于，该方法是利用纸团状石墨烯微球对尼龙材料进行增韧，所述纸团状石墨烯微球由单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为500nm～5μm，密度为0.2～0.4g/cm

【技术特征摘要】
1.一种纸团状石墨烯提高尼龙6冲击强度的方法，其特征在于，该方法是利用纸团状石墨烯微球对尼龙材料进行增韧，所述纸团状石墨烯微球由单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为500nm～5μm，密度为0.2～0.4g/cm3，碳氧比为20～60，比表面积低于200m2/g。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纸团状石墨烯微球由以下步骤得到：(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球；(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，置于还原性气体氛围中进行还原，得到还原氧化石墨烯微球；(3)将步骤(2)得到的还原氧化石墨烯微球进行高温处理，温度高于1000℃，得到纸团状石墨烯微球。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)的单层氧化石墨烯分散液中，还可以含有还原剂。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述还原剂为碘化氢、溴化氢、水合肼、维生素C、硼氢化钠等。还原剂与单层氧化石墨烯质量比为0.1～10。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，申瑜，陈琛，
申请(专利权)人：杭州高烯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33