一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料及制备方法。其组成包括聚苯醚(PPO)、尼龙6、石墨烯和PPO‑g‑MAH，该方法是利用石墨烯/尼龙6纳米复合材料与聚苯醚进行熔融共混挤出，该石墨烯/尼龙6纳米复合材料是由改性石墨烯与己内酰胺原位聚合得到。本发明专利技术所制备得到的高性能聚苯醚/尼龙6复合材料具有良好的冲击性能与刚性，更优异的抗紫外老化性、阻燃性、耐热性等，拓展了聚苯醚/尼龙6复合材料更高端领域的应用前景。

Graphene functionalized polyphenyl ether / nylon 6 composite material and preparation method thereof

The invention provides a graphene functionalized polyphenyl ether / nylon 6 composite material and a preparation method thereof. It consists of polyphenylene ether (PPO), nylon 6, graphene and PPO g MAH, this method is the use of graphene / nylon 6 nanocomposites and polyphenylene ether of melt blending and extrusion, the graphene / nylon 6 nanocomposites is got by modified graphene and in situ polymerization of caprolactam. The high performance polyphenylene ether / prepared nylon 6 composite material has good impact resistance and rigidity, excellent aging resistance, flame resistance, heat resistance and anti ultraviolet, expand the application prospect of polyphenylene ether / nylon 6 composites more high-end areas.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料及制备方法
本专利技术属于塑料改性领域，具体涉及一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料及制备方法。
技术介绍
聚苯醚(PPO)具有优异的力学性能、耐高温蠕变性及尺寸稳定性，良好的电性能、耐热性、阻燃性及化学稳定性等特点，同时也存在一些缺点，如它的耐有机溶剂性差，在酮类、醋类溶剂中制品容易发生应力开裂、抗氧性和加工流动性不好，为了满足多种用途的需要，通常要对PPO进行改性处理，一般常采用与其他塑料共混的方式。其中尼龙6(PA6)是一种性能优异的工程塑料，由于它的高结晶度使其具有耐溶剂性好、力学强度高、易加工等优点，但其冲击强度低、耐热性较差，因其高的吸水性而造成制品的尺寸稳定性较差，使其在一些特殊场合下的应用受到了限制。若二者形成合金，可以优势互补，得到综合性能优于任何单一组份的PPO/PA6合金材料，是改性聚苯醚中非常重要的产品，在汽车工业、电子电器、办公设备等领域有广泛的应用。石墨烯是一种具有二维晶体结构的纳米材料，由于其出众的力学性能，电学性能，热学性能和独特的电磁学性能等，石墨烯在许多领域显示出广阔的应用前景，并已逐步走向实际应用。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％，已有许多报道将石墨烯与高聚物复合，可以显著提升材料的拉伸强度、杨氏模量和弯曲强度，增强机理主要是利用石墨烯优越的力学强度，通过将应力转移至石墨烯上来提高复合材料整体的力学性能。由此，若能将高性能的石墨烯纳米材料应用到PPO/PA6合金中，必将赋予材料更优异的综合性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料及制备方法。本专利技术的目的，是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料，所述材料是由聚苯醚与石墨烯/尼龙6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/尼龙6纳米复合物材料由尼龙6和接枝有尼龙6的单层石墨烯组成，所述接枝有尼龙6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与尼龙6的总质量之比为0.1-1:100。进一步地，所述石墨烯/尼龙6纳米复合材料的通过如下步骤制备得到：(1)将0.1-1质量份的改性石墨烯和1-10质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯；碳氧比为2.5到6之间；(2)在氮气保护下，将上述分散液在缩聚反应釜中升温至250-220℃，在0.5-1MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到石墨烯/尼龙6纳米复合材料。进一步地，石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料的制备步骤如下：(1)将聚苯醚、石墨烯/尼龙6纳米复合材料和增容剂PPO-g-MAH按重量比为45～50:40～45:5～15，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；(2)用双螺杆挤出机在加工温度250～220℃，转速100～200rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料。本专利技术的有益效果是：1、通过利用石墨烯/尼龙6纳米复合材料与聚苯醚进行复合，制备石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料，其有益之处在于所制备的石墨烯/尼龙6纳米复合材料，片层石墨烯与已内酰胺通过原位聚合的方式有效反应，使得片层的石墨烯能均匀分散在尼龙6基体中，利用超低石墨烯添加量就可以制备高性能石墨烯/尼龙6纳米复合材料母粒，再将聚合反应得到的石墨烯/尼龙6复合材料母粒与聚苯醚熔融共混加工，能够妥善解决石墨烯在复合材料中的分散问题，进而提高复合材料综合性能。2、石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料石墨烯不但提高了复合材料的力学性能，改善加工性能，同时也能赋予材料更高的耐热性，抗紫外老化性、阻燃性等综合性能。3、石墨烯功能化的聚苯醚/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。附图说明图1为本专利技术石墨烯/尼龙6纳米复合材料的局部结构示意图，其中1为接枝有尼龙6的单层石墨烯片，2为游离的尼龙6。具体实施方式本专利技术首先采用原位聚合法制备超低石墨烯添加量的高性能石墨烯/尼龙6纳米复合材料，制备过程中，选用单层的、横向尺寸大于3μm、碳氧比为2.5～6之间的改性石墨烯。通过大量实验，得出以下结论：(1)石墨烯性能与层数密切相关，多层石墨烯的性能均劣于单层石墨烯。(2)石墨烯横向尺寸对聚合物性能影响也较大，横向尺寸太小不利于提高复合材料机械性能，然而，横向尺寸过大太大则会大幅增加复合材料熔体粘度，不利于成型加工，因此，本专利技术优选了横向尺寸小于80um的石墨烯；(3)碳氧比太低说明石墨烯氧化缺陷太多，石墨烯自身机械性能差，对复合材料各方面综合性能提升有限。另一方面碳氧比太低，说明石墨烯上有大量羧基，而羧基也会导致聚合物分子量下降；而相反碳氧比过高也会使得石墨烯分散性较差，在聚合物基体中出现聚集现象。本专利技术制备得到的石墨烯/尼龙6纳米复合材料，由游离的尼龙6和接枝有尼龙6的单层石墨烯片组成，结构如图1所示。片层石墨烯与已内酰胺通过原位聚合的方式有效反应，使得片层的石墨烯能均匀分散在尼龙6基体中，利用超低石墨烯添加量就可以制备高性能石墨烯/尼龙6纳米复合材料母粒，再将聚合反应得到的石墨烯/尼龙6复合材料母粒与聚苯醚熔融共混加工，能够妥善解决石墨烯在复合材料中的分散问题，进而提高复合材料综合性能。本专利技术的制备的石墨烯功能化聚苯醚/尼龙6复合材料采用ASTM标准注塑，注塑机在250～285℃条件下注塑成型。机械性能测试方法：1、拉伸性能：按GB/T1040-2006标准测试，拉伸速度为50mm/min；2、弯曲性能：按CB/T9341-2008标准测试，弯曲速度为2mm/min；3、悬臂梁缺口冲击强度：按GB/T1843-2008标准测试。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改变和调整均属本专利技术的保护范围。实施例1(1)将0.1质量份横向尺寸大于3μm的改性石墨烯和1质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下高速(300rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨烯；碳氧比为2.5；(2)在氮气保护下，将上述分散液在缩聚反应釜中升温至250℃，在0.5MPa下反应3小时；然后在真空下反应4小时，得到聚合物熔体；最后将聚合物熔体经水冷造粒得到石墨烯/尼龙6纳米复合材料。(3)将聚苯醚、石墨烯/尼龙6纳米复合材料和PPO-g-MAH按重量份数计为50:45:5，在混合机中预混，得到混合均匀的预混料；(4)用双螺杆挤出机在熔融温度260℃，转速100rpm的条件下熔融共混挤出，冷却，造粒，制得石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料。将熔融共混后的复合材料用注塑机注塑成标准测试样条进行力学性能测试，注塑参数本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料，其特征在于，所述材料由由聚苯醚与石墨烯/尼龙6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/尼龙6纳米复合物材料由尼龙6和接枝有尼龙6的单层石墨烯组成，所述接枝有尼龙6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与尼龙6的总质量之比为0.1‑1:100。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯功能化的聚苯醚/尼龙6复合材料，其特征在于，所述材料由由聚苯醚与石墨烯/尼龙6纳米复合材料经熔融共混挤出后得到，所述石墨烯/尼龙6纳米复合物材料由尼龙6和接枝有尼龙6的单层石墨烯组成，所述接枝有尼龙6的单层石墨烯的横向尺寸大于3微米；石墨烯的质量与尼龙6的总质量之比为0.1-1:100。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述石墨烯/尼龙6纳米复合物通过如下步骤制备得到：(1)将0.1-1质量份的改性石墨烯和1-10质量份去离子水加入100质量份的己内酰胺熔体中，在80℃下高速(300～500rpm)搅拌混匀形成分散液。所述改性石墨烯为表面具有羧基、羟基等含氧官能团的单层石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：高超，申瑜，韩燚，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