一种石墨烯/高分子复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/高分子复合材料及其制备方法，包括高分子基体材料以及石墨烯，所述高分子基体材料包括有树脂，所述石墨烯通过分散剂分散在所述树脂中，所述树脂通过聚合生成。石墨烯在分散剂的作用下能够均匀分散在高分子基体材料中，使高分子复合材料具有较好的力学性能和导电性能。

A Graphene/Polymer Composite and Its Preparation Method

The invention discloses a graphene/macromolecule composite material and a preparation method thereof, including a macromolecule matrix material and graphene. The macromolecule matrix material includes a resin, the graphene is dispersed in the resin through a dispersant, and the resin is formed by polymerization. Graphene can be uniformly dispersed in the polymer matrix materials under the action of dispersant, which makes the polymer composites have better mechanical properties and electrical conductivity.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯/高分子复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种石墨烯/高分子复合材料及其制备方法。
技术介绍
高分子材料由于其质轻、机械强度高以及加工性好等优点被广泛地应用在各个领域，为各种新型材料的开发和应用提供了强有力的保障。石墨烯由于其具有完整的sp2杂化碳原子结构从而使其具有优异的传导性能和机械性能。将石墨烯与高分子材料进行结合，不仅能够降低石墨烯的使用成本、拓宽其应用领域，而且能进一步提高高分子材料的力学性能以及导电性能。然而，石墨烯之间具有较强的范德华作用和π-π相互作用，因此使其极易发生堆叠或团聚，从而使其失去其纳米材料本身的优异性能。而且，石墨烯表面不存在任何官能团，因此无法通过对其表面改性来增强其与高分子基体间的界面相互作用。上述两点都制约着石墨烯/高分子复合材料综合性能的提高以及其实际应用。目前，石墨烯/高分子复合材料的制备绝大多数通过直接熔融共混的方式。此种方式虽然过程简单，但是会使石墨烯在高分子基体中发生严重团聚。
技术实现思路
本专利技术提供一种石墨烯/高分子复合材料及其制备方法，使石墨烯不仅能够较为均匀地分散在高分子基体中，而且能够与高分子基体间产生较强的界面相互作用。本专利技术一方面提供一种石墨烯/高分子复合材料，包括高分子基体材料以及石墨烯，所述高分子基体材料包括有树脂，所述石墨烯通过分散剂分散在所述树脂中，所述树脂通过聚合生成。在一种可实施方式中，所述树脂的原料包含有己内酰胺。在一种可实施方式中，所述树脂的原料还包含有6-氨基己酸。在一种可实施方式中，所述分散剂包含有含氧官能团和类石墨烯结构。在一种可实施方式中，所述分散剂包括有氧化石墨烯和芘丁酸的其中一种或两种。在一种可实施方式中，所述高分子基体材料包括PA6高分子材料。在一种可实施方式中，所述高分子基体材料包括PET高分子材料。在一种可实施方式中，所述树脂的聚合方式为原位聚合。本专利技术另一方面提供一种石墨烯/高分子复合材料的制备方法，包括：将石墨烯和分散剂加入液态树脂原料中分散均匀，形成石墨烯与树脂原料的混合液；在氮气氛围下升温至150-200℃，在机械搅拌下使所述石墨烯与树脂原料的混合液进行预聚合，形成低聚物；继续升温，在200-300℃温度区间内，使所述低聚物发生进一步聚合反应，得到含石墨烯的高分子复合材料。在一种可实施方式中，所述液态树脂原料的制备方法为：将己内酰胺和6-氨基己酸加热至熔融状态，混合均匀得到所述液态树脂原料。在一种可实施方式中，所述分散剂包括有氧化石墨烯和芘丁酸；所述将石墨烯和分散剂加入液态树脂原料中分散均匀，形成石墨烯与树脂原料的混合液，包括：将所述氧化石墨烯与所述石墨烯分散均匀后，进行干燥处理，得到复合粉体；将所述复合粉体和所述芘丁酸加入所述液态树脂原料中分散均匀，形成所述石墨烯与树脂原料的混合液。在一种可实施方式中，在得到所述含石墨烯的高分子复合材料后，所述方法还包括：将所述含石墨烯的高分子复合材料的母粒与所述PET高分子材料共混后，熔融纺丝，得到石墨烯/高分子复合纤维材料。本专利技术提供的石墨烯/高分子复合材料及其制备方法通过分散剂以及原位聚合方式将石墨烯均匀地分散在高分子基体材料中，而且分散剂还起到界面桥联剂的作用，能够进一步增强石墨烯与高分子基体之间的界面相互作用。因此，此方法能够制得的石墨烯/高分子复合材料具有良好的导电性能和力学性能。附图说明图1为本专利技术实施例石墨烯/高分子复合材料的制备方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例石墨烯/高分子复合材料母料的断面SEM图。具体实施方式为使本专利技术的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域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。本专利技术实施例提供一种石墨烯/高分子复合材料，包括高分子基体材料以及石墨烯，所述高分子基体材料包括有树脂，所述石墨烯通过分散剂分散在所述树脂中，所述树脂通过聚合生成。本专利技术实施例在高分子复合材料中，除了高分子基体材料和石墨烯的添加，还添加有分散剂，通过分散剂的分散作用，使石墨烯能够在树脂中均匀分散，避免石墨烯出现团聚，从而避免了由于石墨烯团聚给高分子复合材料力学性能带来的负面影响。进一步的，本专利技术实施例以石墨烯为导电填料，通过分散剂分散在树脂中，能够形成三维导电网络，从而使高分子复合材料具有较好的导电性能。本专利技术实施例通过树脂聚合成上述的高分子基体材料，对于构成高分子基体材料的树脂，可以为热塑性树脂，也可以为热固性树脂。本专利技术实施例对于树脂的用量不进行限定，由树脂构成的高分子基体材料的形状和大小可以根据实际需求制造，可以将高分子基体材料制成条状、块状、纤维或是通过3D打印制成所需要的其他形状；也可以将高分子基体材料与其他材料进行进一步共混，进一步提高复合材料的性能。但需要满足的是，在树脂原料与石墨烯聚合过程中，树脂原料需要呈液态或熔融状态，使石墨烯在分散剂和机械力作用下能够均匀分散在呈液态的树脂原料中。进一步的，本专利技术实施例的树脂可以选用聚酰胺树脂、聚酯类树脂或其他能够与石墨烯进行原位聚合的树脂。本专利技术实施例所选用的石墨烯对所选原料的种类或特性并不进行限定，可以选为单层石墨烯、双层石墨烯、少层石墨烯或多层石墨烯。为了石墨烯能够在高分子基体材料中分散的更加均匀，石墨烯的厚度优选为1-5nm，片径优选为1-30μm。本专利技术实施例所聚合后制得的高分子复合材料的具体形状及应用在本专利技术实施例中同样不进行限定，根据需要可将高分子复合材料制成需要的产品，利用本专利技术实施例所提供的高分子复合材料可制成合成纤维、各类规格的管材、导电膜、异性结构件等。在本专利技术实施例的树脂的原料包含有己内酰胺。本专利技术实施例将己内酰胺作为树脂的单体，己内酰胺在催化剂的作用下，通过缩聚可生成PA6树脂，作为构成高分子基体材料的树脂，PA6的吸湿性大，耐磨性优良，且具有良好的抗静电能力，使高分子复合材料本身具有较好的力学性能。本专利技术实施例的树脂的原料还包含有6-氨基己酸。本专利技术实施例一方面将6-氨基己酸作为己内酰胺缩聚的催化剂；另一方面，使用6-氨基己酸能够对己内酰胺进行掺杂，使己内酰胺质子化带上正电性，带有正电的己内酰胺单体能与石墨烯带负电的π电子发生较强的相互作用，使其更容易对石墨烯进行插层作用，从而更有利于石墨烯在聚合物单体中的分散。进一步的，本专利技术实施例的分散剂包含有含氧官能团和类石墨烯结构。分散剂的含氧官能团能够与己内酰胺反应，在原位聚合过程中使分散剂表面接枝上PA6分子，从而增强分散剂与PA6基体的相互作用。具体的，本专利技术实施例的分散剂包括有氧化石墨烯和芘丁酸的其中一种或两种。氧化石墨烯和芘丁酸具有含氧官能团和类石墨烯结构。氧化石墨烯或芘丁酸的加入有助于石墨烯在高分子基体中的分散，还能增强石墨烯与PA6基体之间的界面相互作用。进一步的，当氧化石墨烯和芘丁酸协同分散石墨烯时，能够使石墨烯在高分子基体材料中更加均匀地分散，从而形成三维导电网络。更具体地，氧化石墨烯和芘丁酸本身具有含氧官能团和大π共轭结构。石墨烯与两种分散剂可以通过π电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯/高分子复合材料，其特征在于，包括高分子基体材料以及石墨烯，所述高分子基体材料包括有树脂，所述石墨烯通过分散剂分散在所述树脂中，所述树脂通过聚合生成。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/高分子复合材料，其特征在于，包括高分子基体材料以及石墨烯，所述高分子基体材料包括有树脂，所述石墨烯通过分散剂分散在所述树脂中，所述树脂通过聚合生成。2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述树脂的原料包含有己内酰胺。3.根据权利要求2所述的材料，其特征在于，所述树脂的原料还包含有6-氨基己酸。4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述分散剂包含有含氧官能团和类石墨烯结构。5.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述分散剂包括有氧化石墨烯和芘丁酸的其中一种或两种。6.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述高分子基体材料包括PA6和PET高分子材料中的一种或两种。7.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述树脂的聚合方式为原位聚合。8.一种石墨烯/高分子复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将石墨烯和分散剂加入液态树脂原料中分散均匀，形成石墨烯与树脂原料的混合液；在氮气氛围下升温至150-200℃，在机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅园，赖垂林，赵玉芬，刘兆平，
申请(专利权)人：宁波石墨烯创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33