一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。与现有技术相比，本发明专利技术从影响材料性能的理论出发，充分利用材料自身属性的优劣，通过改进材料固有属性，以复配石墨烯片层为复合材料的增强体，从而有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，得到的产品在力学性能稳定的基础上，具有更为优异的导电、导热性能。实验结果表明，本发明专利技术提供的石墨烯微片/聚合物复合材料的电导率能够达到7.5×10

A graphene microchip / polymer composite and its preparation method

The invention provides a graphene nanoplatelets / polymer composite material comprises the following components by the prepared polymer: 85 to 99 parts by weight; compound graphene layer 1 to 15 parts by weight of a lubricant; 0.1 to 5 parts by weight; coupling agent 0.01 weight ~ 0.5 weight parts; the mixture of graphene layers of graphene sheet size by different micro plates. Compared with the prior art, the invention from the perspective of performance materials theory, make full use of their own property or material, by improving the inherent properties of materials, the compound graphite reinforced composite material, so as to effectively improve the peeling graphene layer and dispersion effect, the product is based on stable mechanical properties on has more excellent conductive properties. The experimental results show that the conductivity of the graphene microchip / polymer composite provided by the invention can reach 7.5 * 10.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，更具体地说，是涉及一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯微片作为新发现的碳系材料的成员，综合了其它碳系填料的优点，具有导电渗滤阀值低、电导率、热导率和力学性能优异，且成本比单层石墨烯低，为聚合物的改性提供了新的发展方向。将石墨烯微片作为增强材料加入聚合物中可极大地提高聚合物基复合材料的电导率和热导率，在导电材料、导热材料、屏蔽材料、电子封装等领域有广阔的应用前景。为了实现石墨烯微片/聚合物复合材料的低成本、大规模化的制备，研究人员进行了广泛的研究。目前，熔融共混法因具有通用性、环保性和经济性，适合工业化生产，成为最具前景的制备方式而被广泛认同。然而，由于石墨烯微片的比表面积和表面自由能大，石墨烯微片的片层间存在很强的静电作用力和范德华力，因此，其在聚合物中通常以团聚体形态存在，不利于聚合物基复合材料性能的改善，尤其是采用熔融混炼法制备时石墨烯微片的剥离和分散效果不佳。已有报道表明，石墨烯微片的剥离和分散效果对聚合物结晶度以及导电网络搭建有极大的影响，从而使其制备的石墨烯微片/聚合物复合材料性能存在很大差异。目前，现有技术通常采用改善加工力场中的剪切力，以达到对石墨烯微片进行剥离并将其均匀低分散在聚合物中，从而改变其综合性能。但是，上述技术方案的改善效果较差，并且涉及机械设备的改良而难以实现和推广。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法，该制备方法通过改进材料固有属性，能够有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，制备得到的产品具有良好的综合性能。本专利技术提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。优选的，所述石墨烯微片的片径为5μm～100μm，片层厚度为5nm～100nm。优选的，所述片径不同的石墨烯微片选自片径为5μm～20μm的石墨烯微片、片径为30μm～50μm的石墨烯微片和片径为60μm～100μm的石墨烯微片中的两种。优选的，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种。优选的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的一种或多种。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的石墨烯微片/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)将聚合物、复配石墨烯片层、润滑剂和偶联剂混合，得到反应混合物；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成；b)将步骤a)得到的反应混合物进行熔融共混，再经挤出、造粒，得到粒料；c)将步骤b)得到的粒料进行热压成型，冷却后，得到石墨烯微片/聚合物复合材料。优选的，所述步骤a)具体为：将复配石墨烯片层与偶联剂的乙醇溶液进行第一次混合，干燥后，再与聚合物、润滑剂进行第二次混合，得到反应混合物。优选的，所述第一次混合的方式为超声搅拌，时间为10min～30min；所述干燥的温度为80℃～100℃，时间为10h～18h；所述第二次混合的温度为70℃～105℃，时间为5min～15min。优选的，步骤b)中所述熔融共混采用双螺杆挤出机进行，所述双螺杆挤出机的长径比为(25～60)：1；螺杆转速为100rpm～400rpm，温度为150℃～250℃。优选的，步骤c)中所述热压成型的温度为180℃～250℃，压力为10MPa～20MPa，时间为5min～10min。本专利技术提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。与现有技术相比，本专利技术从影响材料性能的理论出发，充分利用材料自身属性的优劣，通过改进材料固有属性，以复配石墨烯片层为复合材料的增强体，从而有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，得到的产品在力学性能稳定的基础上，具有更为优异的导电、导热性能。实验结果表明，本专利技术提供的石墨烯微片/聚合物复合材料的电导率能够达到7.5×10-1S/m，热导率能够达到0.981W/mk，抗拉强度能够达到34.8MPa。附图说明图1为实施例1提供的石墨烯微片/聚合物复合材料的扫描电镜图；图2为实施例1～3提供的石墨烯微片/聚合物复合材料中，不同片径大小的石墨烯微片复配后的导电网络结构对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。在本专利技术中，所述石墨烯微片/聚合物复合材料以聚合物为基体，石墨烯微片为增强材料，本专利技术通过改进材料固有属性，以复配石墨烯片层为复合材料的增强体，从而有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，使得到的产品具有良好的综合性能。在本专利技术中，所述聚合物优选选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种，更优选为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。在本专利技术中，所述聚乙烯包括本领域技术人员熟知的高密度聚乙烯、低密度聚乙烯以及氯化聚乙烯。本专利技术对所述聚合物的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。在本专利技术中，所述石墨烯微片/聚合物复合材料包括85重量份～99重量份的聚合物，优选为90重量份～95重量份。在本专利技术中，所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。在本专利技术中，所述石墨烯微片的片径优选为5μm～100μm；不同片径的石墨烯微片进行复配能够改变熔融混炼力场来剥离并均匀分散聚合物中的石墨烯微片的复杂性，得到具有较好导电网络结构的复合材料。在本专利技术中，所述片径不同的石墨烯微片选自片径为5μm～20μm的石墨烯微片、片径为30μm～50μm的石墨烯微片和片径为60μm～100μm的石墨烯微片中的两种。本专利技术优选将两种片径不同的石墨烯微片进行复配得到复配石墨烯片层，所述片径大的石墨烯微片与片径小的石墨烯微片的质量比优选为9：1～1：9，更优选为8：2～5：5。在本专利技术中，所述石墨烯微片的片层厚度优选为5nm～100nm。本专利技术对所述石墨烯微片的来源没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可，优选采本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。2.根据权利要求1所述的石墨烯微片/聚合物复合材料，其特征在于，所述石墨烯微片的片径为5μm～100μm，片层厚度为5nm～100nm。3.根据权利要求1所述的石墨烯微片/聚合物复合材料，其特征在于，所述片径不同的石墨烯微片选自片径为5μm～20μm的石墨烯微片、片径为30μm～50μm的石墨烯微片和片径为60μm～100μm的石墨烯微片中的两种。4.根据权利要求1所述的石墨烯微片/聚合物复合材料，其特征在于，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的石墨烯微片/聚合物复合材料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的一种或多种。6.一种权利要求1～5任一项所述的石墨烯微片/...

【专利技术属性】
技术研发人员：何穗华，张婧婧，肖小亭，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44