导电石墨烯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种导电石墨烯复合材料及其制备方法和应用，该导电石墨烯复合材料包括：80‑97重量份的聚醚醚酮；0.5‑4重量份的石墨烯；0.0015‑0.4重量份的石墨烯表面处理剂；0.5‑12重量份的导电填料；0.2‑2.5重量份的改性剂；0.3‑1重量份的稳定剂。该导电石墨烯复合材料中石墨烯和导电填料均匀分散在聚醚醚酮基体中，构建了稳定有效的导电网络，使其具有优异的各向同性导电率，同时能显著改善聚醚醚酮的韧性和延展性。

Conductive graphene composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
导电石墨烯复合材料及其制备方法和应用
本专利技术属于碳纳米复合材料高性能化与功能化
，具体而言，本专利技术涉及导电石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
聚醚醚酮(PEEK)是在主链结构中含有一个酮键和两个醚键的重复单元所构成的半结晶性高聚物，熔点约340℃，软化点约170℃，拉伸强度约150MPa，属于特种工程高分子材料。因其优异的综合性能，PEEK广泛应用于航空航天、电子、核工业、医疗器械、核工业等高端领域，具有重要的战略意义。为进一步拓展PEEK在电子、电气、静电防护、电磁屏蔽等领域的应用范围，学术界和产业界广泛开展了导电/抗静电PEEK的研究、发展和应用。目前主要采用引入导电填料的方式。但传统的填充型导电PEEK复合材料的开发往往存在一些障碍：(1)传统导电填料，如炭黑和金属纤维，与PEEK的界面结合较差，易引起复合材料力学性能的劣化；(2)传统导电填料在PEEK中可能分散不均匀，导致复合材料制品中不同位置的电导率差异较大；(3)传统导电填料的添加量通常较高，易影响复合材料的力学性能；(4)PEEK几乎不溶于任何常规的化学试剂，这为化学改性或溶液分散/加工造成了极大困难。近年来，石墨烯作为新型的高导电纳米导电填料受到广泛关注，因其极高的导电能力、优异的力学强度和极高的表面活性，在导电功能复合材料领域展现出了良好的应用前景。但是，石墨烯的表面能较高，纳米片之间的相互作用力较大、团聚较为严重，难以在PEEK基体中获得有效的剥离和均匀的分散。现有技术中有通过偶联剂修饰氧化石墨烯(GO)表面，经水合肼还原和加热还原，获得表面改性的石墨烯，以提高纳米片在基体中的界面结合力和分散性的方案。但该方法仍存在一些不足：首先，表面修饰和还原过程使用了大量的有毒有害试剂，面临较高的生产成本和环保压力而难以实现工业化生产；其次，表面修饰的石墨烯的热稳定性和本征电导率较低，在熔融共混过程中易发生热分解；最后，氧化石墨烯的引入对PEEK的延展性和韧性损害严重，而对强度或模量的提升并不明显。另外，在其他现有技术中，还存在以下缺点：(1)金属、金属氧化物或常规无机导电填料的密度高、表面活性低，需要添加较高的质量份数才能使PEEK获得较明显的导电性能提升，往往造成生产成本的增加和PEEK复合材料力学性能的劣化；(2)尽管石墨烯的导电性能优异，但由于纳米结构的表面能极大，不易在高粘度的PEEK熔体中剥离、分散，从而难以形成稳定有效的导电网络；(3)石墨烯的表面活性高、密度低，在生产复合材料的过程中极易产生粉尘污染，与PEEK树脂颗粒较大的密度差也导致共混加工时下料困难、分散性差；(4)石墨烯纳米片强度高，对PEEK复合材料的强度与刚性改善明显，但往往会损害PEEK复合材料的韧性与延展性，造成PEEK复合材料综合力学性能的平衡差，限制了应用范围。因此，现有聚醚醚酮基的导电材料有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种导电石墨烯复合材料及其制备方法和应用。该导电石墨烯复合材料中石墨烯和导电填料均匀分散在聚醚醚酮基体中，构建了稳定有效的导电网络，使其具有优异的各向同性导电率，同时能显著改善聚醚醚酮的韧性和延展性。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种导电石墨烯复合材料，根据本专利技术的实施例，该导电石墨烯复合材料包括：80-97重量份的聚醚醚酮；0.5-4重量份的石墨烯；0.0015-0.4重量份的石墨烯表面处理剂；0.5-12重量份的导电填料；0.2-2.5重量份的改性剂；0.3-1重量份的稳定剂。根据本专利技术实施例的导电石墨烯复合材料，通过添加石墨烯表面处理剂，可以有效剥离、均匀分散石墨烯和导电填料，使得石墨烯和导电填料在PEEK基体中形成有效的导电网络，显著改善所得导电石墨烯复合材料的导电性能。同时，只需添加少量石墨烯和导电填料即可显著提高导电石墨烯复合材料的导电和力学性能。进一步的，均匀分散的石墨烯和导电填料在PEEK基体中组成的稳定的导电网络，使得所得的导电石墨烯复合材料不仅在一个方向上具有优异的导电率，且具有各向同性的优异导电率。并且，石墨烯表面处理剂可显著降低石墨烯的加工难度，提高PEEK基体与石墨烯、导电填料的界面结合力，改善导电石墨烯复合材料的韧性和延展性，保证复合材料的性能平衡，扩大复合材料的应用范围。另外，根据本专利技术上述实施例的导电石墨烯复合材料还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯的最大径向尺寸为0.5-40μm，厚度为1-20nm。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯表面处理剂为硅烷偶联剂，所述石墨烯表面处理剂与所述石墨烯的质量比为2-10：100。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯表面处理剂为选自十八烷基胺、异氰酸酯、钛酸酯偶联剂中的至少之一，所述石墨烯表面处理剂与所述石墨烯的质量比为0.3-1.5：100。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的一些实施例中，所述导电填料为选自碳纳米管、石墨、炭黑、碳纤维中的至少之一。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的一些实施例中，所述改性剂为选自有机硅化合物类、脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺类、氧化聚乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、白矿油中的至少之一。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的一些实施例中，所述稳定剂为选自硬脂酸钡、β-二酮、芳香胺类抗氧剂、受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。由此，可进一步提高导电石墨烯复合材料的综合性能。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种制备上述导电石墨烯复合材料的方法，根据本专利技术的实施例，该方法包括：将石墨烯、石墨烯表面处理剂和导电填料进行第一混合，得到混合导电剂；将改性剂、稳定剂、所述混合导电剂与聚醚醚酮的一部分进行第二混合，并经第一熔融共混和造粒后，得到石墨烯增强聚醚醚酮树脂母粒；将聚醚醚酮的剩余部分与所述石墨烯增强聚醚醚酮树脂母粒进行第二熔融共混和造粒，以便得到导电石墨烯复合材料。根据本专利技术实施例的制备导电石墨烯复合材料的方法，采用“表面改性”和“分步熔融共混”相结合的技术路线，保证了石墨烯增强PEEK复合材料的清洁化、连续化、规模化生产，可在现有常规加工设备上快速实现工业化、低成本生产。同时，采用“表面改性”和“分步熔融共混”相结合的技术路线，实现了石墨烯和导电填料在PEEK基体中充分剥离、均匀分散和网络构建，对导电石墨烯复合材料的力学性能、导电性能和气体阻隔性能具有显著提升，极大拓展了其应用范围。进一步的，通过采取适当的表面改性技术，可以很好的粘结石墨烯从而降低其加工难度，进而提高石墨烯和导电填料与PEEK基体的界面结合强度，改善导电石墨烯复合材料的韧性和延展性，使得导电石墨烯复合材料可实现大规模应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种导电石墨烯复合材料，其特征在于，包括：/n80-97重量份的聚醚醚酮；/n0.5-4重量份的石墨烯；/n0.0015-0.4重量份的石墨烯表面处理剂；/n0.5-12重量份的导电填料；/n0.2-2.5重量份的改性剂；/n0.3-1重量份的稳定剂。/n

【技术特征摘要】
1.一种导电石墨烯复合材料，其特征在于，包括：
80-97重量份的聚醚醚酮；
0.5-4重量份的石墨烯；
0.0015-0.4重量份的石墨烯表面处理剂；
0.5-12重量份的导电填料；
0.2-2.5重量份的改性剂；
0.3-1重量份的稳定剂。


2.根据权利要求1所述的导电石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯的最大径向尺寸为0.5-40μm，厚度为1-20nm。


3.根据权利要求1或2所述的导电石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯表面处理剂为硅烷偶联剂，所述石墨烯表面处理剂与所述石墨烯的质量比为2-10：100。


4.根据权利要求1或2所述的导电石墨烯复合材料，其特征在于，所述石墨烯表面处理剂为选自十八烷基胺、异氰酸酯、钛酸酯偶联剂中的至少之一，所述石墨烯表面处理剂与所述石墨烯的质量比为0.3-1.5：100。


5.根据权利要求1所述的导电石墨烯复合材料，其特征在于，所述导电填料为选自碳纳米管、石墨、炭黑、碳纤维中的至少之一；
任选的，所述改性剂为选自有机硅化合物类、脂肪酸及其酯类、脂肪酸酰胺类、氧化聚乙烯、聚苯乙烯、聚醚砜、白矿油中的至少之一；
任选的，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐欢，郭晓然，樊振兴，张志博，张新和，王建华，刘婷婷，任增辉，马青喜，李金来，
申请(专利权)人：新奥内蒙古石墨烯材料有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙;15