一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)烘干尼龙(2)用表面活性剂和偶联剂对石墨烯进行表面分散处理；(3)将处理后的石墨烯与尼龙和热稳定剂在高混机中混合后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出的粒子作为母粒来使用；(4)将母粒、尼龙、热稳定剂及增韧剂在高混机中混合后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙增强复合材料；本发明专利技术石墨烯/尼龙增强复合材料具有高强度、优异的低温韧性、高耐磨性，可用于制备汽车、铁路货车用心盘磨耗盘、磨耗板等具有承载重量和相对运动的零部件，石墨烯/尼龙增强复合材料优异的综合性能可降低零部件的破损率，延长其使用寿命，提高了汽车和铁路货车的车体运行安全性；因此，本发明专利技术方法制备的石墨烯/尼龙增强复合材料具有广阔的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法
本专利技术涉及聚合物/无机化合物高性能纳米复合材料领域，具体地说，通过表面活性剂和偶联剂对石墨烯进行表面处理，然后用双螺杆挤出机将尼龙与石墨烯及其他助剂借助于机械外力进行熔融共混，得到一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法。
技术介绍
作为工程塑料用的尼龙具有机械强度高，摩擦系数低，自润滑性、吸震性和消音性好，优良的阻隔性，耐热、耐磨损、耐化学药品性好等优点，可广泛的应用于汽车行业、电子电器通信领域、薄膜包装领域、军事及航空航天工业、轨道交通业等领域；但同时尼龙也具有吸水性大，对湿温度敏感，并影响尺寸稳定性、低温性能和电性能等缺点。为适应工业发展的需求，通过添加各种助剂来改善和提高尼龙的性能，如力学性能、化学性能、电磁性能、耐腐蚀性能、耐老化性能、耐低温性能、耐磨性、热性能、阻燃性、阻隔性、加工性等性能。石墨烯具有独特的结构，强度高、比表面积大、化学性质稳定，优良的导电导热性能，石墨烯的应用领域目前被逐渐扩展，由于石墨烯易团聚的问题，影响了石墨烯在高分子材料领域的应用，因此，需要寻找合适的分散和加工工艺技术，使石墨烯能在高分子材料中更好地分散，来提高材料的综合性能成为目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，通过添加石墨烯对尼龙材料进行增强改性，同时石墨烯也能够降低尼龙树脂的吸水率和摩擦阻力，提高材料强度和低温性能；为实现这样的目的，在本专利技术的技术方案中，提供一种石墨烯/尼龙增强增韧复合材料的制备方法，通过调整添加量可得到含有不同石墨烯浓度的石墨烯/尼龙增强复合材料，本方法相对于原位聚合法和溶液混合法，本方法更适合于工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙树脂放入80-110℃的烘箱中烘干4-6h。(2)将表面活性剂和偶联剂分别加入到石墨烯浆液中，在超声设备和高速剪切乳化机中表面活性剂和偶联剂分别对石墨烯进行表面分散处理，超声功率为100-8000W，超声时间为10min-12h；剪切速度为2000-12000r/min，时间为1-2h，然后进行真空干燥至恒重，干燥温度为80-100℃；石墨烯浆液中石墨烯固含量的重量百分比为1-10％，表面活性剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.1-1％，偶联剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.5-2％。(3)将重量百分比为79.5-98.9％的尼龙中，加入重量百分比为1-20％的石墨烯，0.1-0.5％的热稳定剂，在转速为500-7000r/min的高混机上混合均匀后加入双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙母粒。(4)将重量百分比为39.5-98.9％的尼龙中，加入1-60％的母粒，0.1-0.5％的热稳定剂在高混机中高速搅拌，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙增强复合材料，螺杆温度控制在为180-310℃，转速为100-500r/min，挤出的物料经冷却、切粒，然后在90℃烘箱中干燥4-6h。本专利技术所述的尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙610、尼龙612、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1212、尼龙6T、尼龙9T、尼龙10T中的至少一种。本专利技术所述的表面活性剂包含N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、1，3-二甲基2-咪唑啉酮、2-丙醇、胆酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇中的至少一种。本专利技术所述的偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种，硅烷偶联剂包含γ(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β一氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-二乙烯三胺丙烯三乙氧基硅烷等硅烷偶联剂；钛酸酯偶联剂包含异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、三异硬酯酸钛酸异丙酯、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯、四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯等钛酸酯偶联剂。本专利技术所述的石墨烯浆液为石墨烯浆液、氧化石墨烯浆液、生物质石墨烯浆液、石墨烯衍生物的浆液中的一种或几种的混合，石墨烯片径≤5.0μm，厚度≤1.0nm。本专利技术所述的热稳定剂为3，5-二叔丁基4-羟基苯丙酰-己二胺、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯、四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、碘化亚铜中的一种或多种。本专利技术的特点在于：经多种机械外力使石墨烯能更好的在尼龙中分散，通过表面活性剂和偶联剂对石墨烯进行表面处理，使石墨烯与尼龙有更好的界面结合，表面活性剂可防止石墨烯的聚集，偶联剂提高了石墨烯与尼龙的界面结合防止石墨烯聚集，提高了石墨烯与尼龙的相容性，通过细化石墨烯与尼龙共混的过程，使用高速剪切作用力将石墨烯均匀分散到尼龙中得到性能优异的石墨烯/尼龙增强复合材料，本方法步骤简单，易操作，更适合工业化生产。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实施例1本实施例一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙树脂放入100℃的烘箱中烘干4h；(2)将表面活性剂N-甲基吡咯烷酮和偶联剂γ(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷分别加入到石墨烯浆液中，在超声设备和高速剪切乳化机中表面活性剂和偶联剂分别对石墨烯进行分散处理，超声功率为6000W，超声时间为1.5h，剪切速度为8000r/min，时间为2h，然后进行真空干燥至恒重，干燥温度为80℃；石墨烯浆液中石墨烯固含量的重量百分比为10％，表面活性剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.5％，偶联剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的1％。(3)将重量百分比为74.6％的尼龙6中，加入25％处理后的石墨烯，0.4％的3，5-二叔丁基-4-羟基苯丙酰-己二胺热稳定剂，在转速为5500r/min的高混机上混合均匀后加入双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙母粒。(4)将重量百分比为97.7％的尼龙6中，加入2％的母粒，0.3％的亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯)酯热稳定剂在高混机中高速搅拌，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙增强复合材料，螺杆温度控制在为210-240℃，转速为100-500r/min，挤出的物料经冷却、切粒，然后在90℃烘箱中干燥4-6h。测试结果为：拉伸强度≥80MPa，弯曲强度≥95MPa，压缩强度≥120MPa。实施例2本实施例一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将尼龙树脂放入100℃的烘箱中烘干4h；(2)将表面活性剂N-甲基吡咯烷酮和偶联剂γ(2，3-环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷分别加入到石墨烯浆液中，在超声设备和高速剪切乳化机中表面活性剂和偶联剂分别对石墨烯进行分散处理，超声功率为6000W，超声时间为1.5h；剪切速度为8000r/min，时间为2h，然后进行真空干燥至恒重，干燥温度为80℃；石墨烯浆液中石墨烯固含量的重量百分比为10％，表面活性剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.5％，偶联剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的1％。(3)将重量百分比为89.6％的尼龙6中，加入10％处理后的石墨烯，0.4％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将尼龙树脂放入80‑110℃的烘箱中烘干4‑6h。(2)将表面活性剂和偶联剂分别加入到石墨烯浆液中，在超声设备和高速剪切乳化机中表面活性剂和偶联剂分别对石墨烯进行表面分散处理，超声功率为100‑8000W，超声时间为10min‑12h；剪切速度为2000‑12000r/min，时间为1‑2h，然后进行真空干燥至恒重，干燥温度为80‑100℃；石墨烯浆液中石墨烯固含量的重量百分比为1‑10％，表面活性剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.1‑1％，偶联剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.5‑2％。(3)将重量百分比为79.5‑98.9％的尼龙中，加入重量百分比为1‑20％的石墨烯，0.1‑0.5％的热稳定剂，在转速为500‑7000r/min的高混机上混合均匀后加入双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙母粒。(4)将重量百分比为39.5‑98.9％的尼龙中，加入1‑60％的母粒，0.1‑0.5％的热稳定剂在高混机中高速搅拌，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙增强复合材料，螺杆温度控制在为180‑310℃，转速为100‑500r/min，挤出的物料经冷却、切粒，然后在90℃烘箱中干燥4‑6h。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将尼龙树脂放入80-110℃的烘箱中烘干4-6h。(2)将表面活性剂和偶联剂分别加入到石墨烯浆液中，在超声设备和高速剪切乳化机中表面活性剂和偶联剂分别对石墨烯进行表面分散处理，超声功率为100-8000W，超声时间为10min-12h；剪切速度为2000-12000r/min，时间为1-2h，然后进行真空干燥至恒重，干燥温度为80-100℃；石墨烯浆液中石墨烯固含量的重量百分比为1-10％，表面活性剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.1-1％，偶联剂的添加量为石墨烯固含量的重量百分比的0.5-2％。(3)将重量百分比为79.5-98.9％的尼龙中，加入重量百分比为1-20％的石墨烯，0.1-0.5％的热稳定剂，在转速为500-7000r/min的高混机上混合均匀后加入双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙母粒。(4)将重量百分比为39.5-98.9％的尼龙中，加入1-60％的母粒，0.1-0.5％的热稳定剂在高混机中高速搅拌，然后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制备石墨烯/尼龙增强复合材料，螺杆温度控制在为180-310℃，转速为100-500r/min，挤出的物料经冷却、切粒，然后在90℃烘箱中干燥4-6h。2.如权利要求1所述的一种石墨烯/尼龙增强复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的尼龙树脂为尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙610、尼龙612、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1212、尼龙6T、尼龙9T、尼...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑丛丛，韩立静，
申请(专利权)人：青岛万林橡塑科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37