碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂、其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂、其制备方法与应用。所述改性剂包括由短切碳纤维构成的基体以及结合于表面的石墨烯；石墨烯通过聚乙烯醇缩丁醛的部分热分解产物与碳纤维表面结合。所述制备方法包括：提供聚乙烯缩丁醛的溶液；与短切碳纤维和石墨烯混合，并对混合物进行捏合处理，获得改性剂前体；进行退火处理，以使部分所述聚乙烯缩丁醛发生热分解反应，获得碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂。本发明专利技术采用聚乙烯醇缩丁醛作为石墨烯和碳纤维连结单元，在高温处理下，通过部分热解进行焊接，将其作为尼龙的改性剂，改善了碳纤维、石墨烯及尼龙间导热导电通路，能够有助于热量、电荷的快速传递，同时还能够显著改善力学性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂、其制备方法与应用


[0001]本专利技术申请涉及高分子材料改性
，尤其涉及一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂、其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]随着电子设备集成化、元器件小型化和轻量化，电子元器件传输高速化及高功率化，导致设备内部热量更集中，影响设备的精度及使用寿命。材料有效的热管理可以保障功能器件可靠运行，因此对高分子材料导热性能及力学性能提出更高的要求，开发兼具良好力学性能、导电性能及导热性能的功能塑料具有非常重要的经济价值和实用价值。
[0003]石墨烯具有高的热导率、导电性、比表面积及力学性能，理论上可以通过该材料改性工程塑料实现其高导热、高导电、高强及轻量化。在实际应用时采用单一石墨烯材料去构建连续热量传输网络提升高分子材料热导率或导电性能时，通常会引起力学性能降低。石墨烯材料改性高分子材料如何兼顾提升其高热导率、导电性与力学强度一直以来是石墨烯功能化复合材料的重要发展方向。
[0004]碳纤维具有连续结构以及各向异性特征，在发挥其力学承载性能的同时，可以在碳纤维、石墨烯之间以及高分子层间构建连通的热传输网络。通过对石墨烯及碳纤维表面修饰，改善填料的界面性能，提升碳纤维与树脂基体相容性、增强复合材料界面结合，有助于构建聚合物基体间的导热导电连通网络，改善石墨烯、碳纤维与树脂基体之间的界面热阻、接触电阻与应力传递，使得复合材料热导率、电性能与复合材料强度得以同步提升。
[0005]而现有技术中，中国专利技术专利CN114921952A和CN113293605A采用氧化石墨烯上浆剂对碳纤维表界面进行修饰增强碳纤维复合材料的界面性能、界面剪切强度和层间剪切强度；中国专利技术专利CN105862428A采用一种石墨烯和氧化石墨烯通过环氧树脂改性碳纤维，改善层间剪切强度，但是这几篇专利并未涉及改性材料的导热导电性能的提升，且表面处理树脂未进行后续处理，而是辅助增强，对材料的导电导热性能可能产生不利影响，且并未说明在注塑高分子树脂材料的应用性能情况。
[0006]另一些现有技术，例如中国专利技术专利CN109265986A中，采用碳纤维与石墨烯等分别共混复合，导热系数为2.1W/m
·
k，而且其拉伸强度只有55MPa，明显偏低，有很大的提升空间。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂、其制备方法与应用。
[0008]为实现前述专利技术目的，本专利技术申请采用的技术方案包括：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂，包括由短切碳纤维构成的基体以及结合于所述碳纤维表面的石墨烯；
[0010]其中，所述石墨烯通过聚乙烯醇缩丁醛的部分热分解产物与所述碳纤维表面结
合。
[0011]第二方面，本专利技术还提供一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂的制备方法，包括：
[0012]提供聚乙烯缩丁醛的溶液；
[0013]将所述溶液与短切碳纤维和石墨烯进行混合，并对混合物进行捏合处理，获得改性剂前体；
[0014]对所述改性剂前体进行退火处理，以使部分所述聚乙烯缩丁醛发生热分解反应，并通过所述热分解的产物将所述石墨烯结合至短切碳纤维的表面，获得碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂。
[0015]第三方面，本专利技术还提供一种复合尼龙材料的制备方法，其包括：
[0016]将上述碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂以及选定助剂对尼龙进行共混改性，获得复合尼龙材料。
[0017]第四方面，本专利技术还提供由制备方法制得的复合尼龙材料。
[0018]基于上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：
[0019]本专利技术所提供的技术方案采用聚乙烯醇缩丁醛作为石墨烯和碳纤维连结单元，在高温处理下，通过聚乙烯醇缩丁醛的部分热解将石墨烯和碳纤维进行焊接，可以提供良好界面相容性，将其作为尼龙的改性剂，形成互相穿插有效抑制两种填料自身的聚集，从而得到高分散，高度剥离且呈纳米尺度分散的复合材料。改善了碳纤维、石墨烯及尼龙之间导热导电通路，有助于热量、电荷的快速传递，同时还能够显著改善复合材料的力学性能。
[0020]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例说明如后。
具体实施方式
[0021]目前的现有技术中，石墨烯/碳纤维尼龙复合改性尼龙材料中将几种材料进行表面修饰后与尼龙复合造粒，构建聚合物基体间的导热导电性通常与强度之间具有很明显的不平衡性，导热导电连通网络有很大提升空间。
[0022]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。
[0023]该技术方案的主要构思是采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)作为石墨烯和碳纤维复合改性材料，在高温处理下，将石墨烯和碳纤维进行焊接，将焊接后的材料作为尼龙的改性剂，通过添加改性硅醇、极性聚酯润滑剂、增韧剂、抗氧化剂等其他辅助材料，经过双螺杆进行挤压造粒获得复合材料，进而克服上述现有技术中存在的问题。
[0024]如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0025]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0026]本专利技术实施例的第一个方面提供的一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂，包括由短切碳纤维构成的基体以及结合于所述碳纤维表面的石墨烯。
[0027]其中，所述石墨烯通过聚乙烯醇缩丁醛的部分热分解产物与所述碳纤维表面结
合。
[0028]上述技术方案中，石墨烯例如可以选用机械剥离石墨烯、或CVD制备的石墨烯，石墨烯可以直接商购，或进行自制，同样的，所用的短切碳纤维可以选自商购，亦可自行采购成品碳纤维进行裁切自制。
[0029]在一些实施方案中，所述石墨烯与短切碳纤维的质量比优选可以为1∶10
‑
5∶1，所述短切碳纤维的长度为5
‑
25mm，所述石墨烯的尺寸为0.1
‑
5000um，厚度0.5
‑
10nm。
[0030]本专利技术实施例的第二个方面提供的一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂的制备方法，包括如下的步骤：
[0031]提供聚乙烯缩丁醛的溶液。
[0032]将所述溶液与短切碳纤维和石墨烯进行混合，并对混合物进行捏合处理，获得改性剂前体。
[0033]对所述改性剂前体进行退火处理，以使部分所述聚乙烯缩丁醛发生热分解反应，并通过所述热分解的产物将所述石墨烯结合至短切碳纤维的表面，获得碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂。
[0034]在一些实施方案中，可以对所述混合物进行捏合处理后，进行造粒，将所获得的颗粒物作为所述改性剂前体。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂，其特征在于，包括由短切碳纤维构成的基体以及结合于所述短切碳纤维表面的石墨烯；其中，所述石墨烯通过聚乙烯醇缩丁醛的部分热分解产物与所述碳纤维表面结合。2.根据权利要求1所述的碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂，其特征在于，所述石墨烯与短切碳纤维的质量比为1∶10
‑
5∶1，所述短切碳纤维的长度为5
‑
25mm，所述石墨烯的尺寸为0.1
‑
5000um，厚度0.5
‑
10nm。3.一种碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂的制备方法，其特征在于，包括：提供聚乙烯缩丁醛的溶液；将所述溶液与短切碳纤维和石墨烯混合，并对混合物进行捏合处理，获得改性剂前体；对所述改性剂前体进行退火处理，以使部分所述聚乙烯缩丁醛发生热分解反应，并通过所述热分解的产物将所述石墨烯结合至短切碳纤维的表面，获得碳纤维/石墨烯复合尼龙改性剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述混合物进行捏合处理后，进行造粒，将所获得的颗粒物作为所述改性剂前体；优选的，所述捏合处理的温度为10
‑
70℃，时间为5
‑
30min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶液中的聚乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建，刘钟浩，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：