一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法和纳米复合材料技术

本发明专利技术涉及纳米复合材料技术领域，尤其涉及一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法和纳米复合材料。本发明专利技术通过在层状纳米片/不相容聚合物组成的混合物的熔融挤出过程中引入多级拉伸力场，诱导聚合物形成纤维相并凝聚成双连续相结构；同时层状纳米片在多级拉伸流动下沿相界面取向，减小纳米片在界面处的迁移速率。此外，拉伸应变的硬化有利于提高聚合物的黏性力，阻止了纳米片穿过界面迁移至另一相，从而促使纳米片停留在双连续相界面处，从而实现层状纳米片在多相聚合物界面上的选择性分布。

【技术实现步骤摘要】
一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法和纳米复合材料
本专利技术涉及纳米复合材料
，尤其涉及一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法和纳米复合材料。
技术介绍
以石墨烯微片等为代表的片状纳米材料，因其优异的机械强度、导热、导电、耐高温、电屏蔽、抗腐蚀的性能，成为了近年来聚合物基复合材料改性的一大热点。将片状纳米材料加入聚合物中可极大的提高聚合物基复合材料的电学性能、热学性能和力学性能，使得电导材料、抗静电材料、屏蔽材料、热电材料等材料有了更为广阔的发展空间。然而在多元纳米复合材料中，由于片状纳米材料有着较大的表面自由能和比表面积，纳米片之间存在较大的静电作用力和范德华力，很容易出现团聚、分布不均等现象，尤其在多种不相容聚合物基体存在下，片状纳米材料在多相聚合物基体间分散更加复杂不均，从而导致聚合物基复合材料的性能无法实现较大的提升，甚至造成材料的缺陷，降低材料的性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处和纳米复合材料，解决了层状纳米片在多相聚合物基体间分散不均，从而导致聚合物基复合材料的性能无法实现较大的提升，甚至造成材料的缺陷，降低材料的性能的问题。其具体技术方案如下：本专利技术提供了一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法，包括以下步骤：步骤1：将两种以上不相容的聚合物和层状纳米片进行混合，得到混合物；步骤2：将所述混合物进行熔融共混，再经多级拉伸机头挤出，得到纳米复合材料；所述纳米复合材料的层状纳米片分布在所述不相容的聚合物的界面处；所述多级拉伸机头的沿所述挤出方向由依次连通的第一机头、第二机头和第三机头组成，所述第一机头、所述第二机头和所述第三机头的流道最窄处宽度依次减小。优选地，所述第一机头流道最窄处宽度为10mm，所述第二机头流道最窄处宽度为8mm，所述第三机头流道最窄处宽度为6mm。优选地，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、聚苯硫醚或聚醚酮。优选地，所述层状纳米片的片径为50μm～200μm，片层厚度为5nm～100nm。优选地，所述层状纳米片为石墨烯微片。优选地，所述层状纳米片与聚合物的质量比为(1：20)～(1：10)。优选地，步骤1中所述混合过程中还加入助剂；所述助剂为：相容剂和润滑剂。优选地，所述层状纳米片占所述混合物的5～10wt％；所述相容剂占所述混合物的5～10wt％；所述润滑剂占所述混合物的1wt％。优选地，所述混合的温度为60℃～120℃，时间为5min～20min；所述熔融共混的温度为160℃～240℃，时间为400s～600s。本专利技术还提供了一种纳米复合材料，由上述层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法制得。从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法，包括以下步骤：步骤1：将两种以上不相容的聚合物和层状纳米片进行混合，得到混合物；步骤2：将所述混合物进行熔融共混，再经多级拉伸机头挤出，得到纳米复合材料；所述纳米复合材料中的层状纳米片分布在所述不相容的聚合物的界面处；所述多级拉伸机头沿所述挤出的方向由依次连通的第一机头、第二机头和第三机头组成，所述第一机头、所述第二机头和所述第三机头的流道最窄处宽度依次减小。本专利技术混合物经熔融共混，在挤出过程中在多级拉伸力场的作用下，聚合物沿拉伸方向发生变细变长等尺寸形状变化、形成连续相结构的趋势，随着拉伸力场作用力增大，两种以上不相容的聚合物形貌从原来的海-岛、半连续相结构趋向于形成细长稳定的连续相结构，层状纳米片在挤出过程中由于聚合物黏性力和表面张力的作用下，大部分层状纳米片没有进一步发生位移进入聚合物内部，而是会停留在两相聚合物的表面，双连续相结构扩大了聚合物之间的界面面积，为层状纳米片停留在两相界面上留下了足够的空间；在拉伸力的作用下纳米片分子会趋向于往拉伸力的方向上排列取向，取向的发生使得纳米片与纳米片之间可以沿着拉伸力场的方向上互相搭建形成网络通路，使得复合材料本身在拉伸力场方向可以获得较为优异的性能；在多级拉伸力场的引入下，拉伸力场强度得到增强，使得聚合物拉伸变硬效应也得到提高，从而提升了聚合物的黏性力，而聚合物的黏性力的提升进一步阻止了层状纳米片的位移，促使层状纳米片停留在双连续相界面处，确保了层状纳米片分布的稳定性；另外，层状纳米片在多级拉伸力场下会被剥离。本专利技术通过将层状纳米片分布在不相容聚合物界面处，同时对层状纳米片进行剥离，使得层状纳米材料在多相聚合物中分散均匀。另外，本专利技术提供的层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法使用的设备简单通用，工艺步骤简单、易于操作，原料成本低，有利于工业化生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术实施例中多级拉伸机头的结构示意图；图2为本专利技术实施例中多级拉伸机头中第一机头的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中纳米复合材料的扫描电镜图，其中，(1)和(3)分别为实施例1和实施例2采用多级拉伸机头挤出；(2)对比例1采用普通片材机头挤出；其中，图示说明如下：1、多级拉伸机头；2、第一机头；3、第二机头；4、第三机头。具体实施方式为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将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，下面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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法，包括以下步骤：步骤1：将两种以上不相容的聚合物和层状纳米片进行混合，得到混合物；步骤2：将混合物进行熔融共混，再经多级拉伸机头1挤出，得到纳米复合材料；纳米复合材料中的层状纳米片分布在不相容的聚合物的界面处。如图1和图2所示，多级拉伸机头1沿挤出的方向由依次连通的第一机头2、第二机头3和第三机头4拼接而成，第一机头2、第二机头3和第三机头4的流道最窄处宽度依次减小。第一机头2、第二机头3和第三机头4呈双曲线收敛状。本专利技术中，多级拉伸机头提供多级拉伸力场，相比于普通单级拉伸力场或没有拉伸力场的拉抻机头，多级拉伸机头可以一定程度上提高拉伸力场的作用。混合物经熔融共混，在挤出过程中在多级拉伸力场的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：将两种以上不相容的聚合物和层状纳米片进行混合，得到混合物；/n步骤2：将所述混合物进行熔融共混，再经多级拉伸机头挤出，得到纳米复合材料；/n所述纳米复合材料的层状纳米片分布在所述不相容的聚合物的界面处；/n所述多级拉伸机头沿所述挤出的方向由依次连通的第一机头、第二机头和第三机头组成，所述第一机头、所述第二机头和所述第三机头的流道最窄处宽度依次减小。/n

【技术特征摘要】
1.一种层状纳米片选择性分布在不相容共混物界面处的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将两种以上不相容的聚合物和层状纳米片进行混合，得到混合物；
步骤2：将所述混合物进行熔融共混，再经多级拉伸机头挤出，得到纳米复合材料；
所述纳米复合材料的层状纳米片分布在所述不相容的聚合物的界面处；
所述多级拉伸机头沿所述挤出的方向由依次连通的第一机头、第二机头和第三机头组成，所述第一机头、所述第二机头和所述第三机头的流道最窄处宽度依次减小。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一机头流道最窄处宽度为10mm，所述第二机头流道最窄处宽度为8mm，所述第三机头流道最窄处宽度为6mm。


3.根据权利要求1所述的方法，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、聚苯硫醚或聚醚酮。


4.根据权利要求1所述的方...

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