本发明专利技术涉及一种氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料的制备方法，采用高锰酸钾氧化多壁碳纳米管的方法制备氧化石墨烯纳米带，然后在有机溶剂中用超声波分散氧化石墨烯纳米带，用溶液共混法得到氧化石墨烯纳米带/极性橡胶混合液，真空干燥后加入硫化剂，进一步通过双辊筒开炼机混合、平板硫化机成型，制备出氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料。与现有技术相比，本发明专利技术制备工艺简单，反应温度较低，易于控制，能耗低，成本低，得到的氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料具有良好的力学性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合材料的制备方法,尤其是涉及。
技术介绍
石墨烯是单原子厚度的碳原子层，它可以看作富勒烯、碳纳米管、石墨的基本单元。石墨烯作为一种纳米材料，具有优异的力学性能、热性能以及吸附性能，如高杨氏模量(约 llOOGPa)、热导率(约 5000J· (m · K · s)—1)、载流子迁移率(2X IO5Cm2 · (V · s)—1)以及比表面积(理论计算值2630m2 · g—1)等。但是，由于石墨烯材料本身缺乏有效的带隙，使其在电子器件的应用受到了限制。然而，石墨烯纳米带由于量子限域效应和边缘效应而拥有能隙，具有半导体性能，这种独特的性质使其近年来受到高度关注。石墨烯纳米带，是在二维石墨烯平面的基础上，经过一定的剪切而形成的带状结构。石墨烯纳米带能够由碳纳米管作为原料来制备。斯坦福大学的Jiao等人用等离子体刻蚀多壁碳纳米管的方法制备出高产率、边缘光滑、宽度可控的石墨烯纳米带(Nature，2009，458,877-880)。莱斯大学的Dmitry等人用溶液氧化法制备产率接近100%的石墨烯纳米带(Nature，2009，458，872-876)。该方法为石墨烯纳米带的大批量生产创作了条件，这也为实验室大规模研究和工业生产奠定了基础。石墨烯纳米带可以作为补强填料提高塑料的力学性能。O. 2wt%氧化石墨烯纳米带使聚乙烯醇的拉伸模量提高35. 6%,最大应力提高41. 9% (Journal of PhysicalChemistry C，2010，114，19621-19628)。与多壁碳纳米相比较，石墨烯纳米带能够更有效地提高环氧树脂的应力传递效率，从而提高了杨氏模量和拉伸强度(ACS Nano, 2010,4,7415-7420)。研究表明由多壁碳纳米管制得的石墨烯纳米带是塑料复合材料的一种高性能补强填料，其性能能媲美单壁碳纳米管，而成本比单壁碳纳米管低一个数量级。然而，已报道的石墨烯纳米带/橡胶复合材料，目前只有娃橡胶。Ayrat Dimiev等人制备了低损耗高介电常数的石墨烯纳米带/娃橡胶复合材料(ACS Applied Materials &Interfaces, 2011, 3,4657-4661)。目前也未见石墨烯纳米带/橡胶复合材料力学性能的文献报道。石墨烯纳米带具有独特的几何结构，并且比表面积比多壁碳纳米管大，能增大与橡胶基体的接触面积。另外，氧化石墨烯纳米带含有大量的含氧基团，如羟基、羧基、环氧基，在极性橡胶基体中可产生氢键而增加填料与基体的界面结合力，从而可以获得良好的补强效果。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供，采用高锰酸钾氧化多壁碳纳米管的方法制备氧化石墨烯纳米带，然后用溶液共混法将氧化石墨烯纳米带和极性橡胶进行混合，通过机械搅拌及超声波分散的方法，使氧化石墨烯纳米带呈均匀分散状态。真空干燥后加入硫化剂，进一、步通过双辊筒开炼机混合、平板硫化机成型，制备出具有良好的力学性能的氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤(I)氧化石墨烯纳米带的制备溶液氧化法碳纳米管在浓硫酸中用高锰酸钾进行氧化，温度为55 80°C，反应时间为2 5小时，反应条件优选缓慢升温至70°C，并在70°C保持I小时，然后在冰浴中加入过氧化氢水溶液进行稀释，过氧化氢的浓度为O. I 10wt%，优选lwt%，再用盐酸、去离子水进行抽滤清洗至中性，盐酸的浓度为I 15wt%，优选IOwt %，清洗次数优选3次盐酸清洗，3次去离子水清洗，接着用冷冻干燥机进行干燥，至恒重，冻干机温度为-70 -40°C，冻干时间为5 10天，获得氧化石墨烯纳米带。其中，碳纳米管类型为单壁，双壁或多壁，由于价格优势，优选多壁碳纳米管；浓硫酸(98% )的用量为Ig碳纳米管用50 10000ml浓硫酸，优选100 IOOOml ;高锰酸钾的用量为碳纳米管用量的100wt% 500wt%，为提高氧化度，优选400wt% 500wt%。(2)氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料的制备a、溶液共混将氧化石墨烯纳米带置于有机溶剂中机械搅拌并超声波分散，搅拌时间为5 24小时，优选8 15小时，超声功率为50 450W，超声时间为O. 5 3小时，优选超声功率90W，超声时间I 2小时，获得氧化石墨烯纳米带分散液。将极性橡胶置于四氢呋喃中，用机械搅拌促进其溶解，获得极性橡胶溶液。然后将氧化石墨烯纳米带分散液和极性橡胶溶液进行混合，搅拌时间为10 24小时，超声时间为O. 5 I小时，优选搅拌时间10 15小时，超声时间O. 5小时。其中，氧化石墨烯纳米带的加入量为O. I 10份，优选O. I 2份；极性橡胶为乙烯醋酸乙烯酯橡胶、氢化羧基丁腈橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶中的至少一种；有机溶剂为四氢呋喃，N, N- 二甲基甲酰胺或其他能均匀分散氧化石墨烯纳米带的溶剂。b、真空干燥将氧化石墨烯纳米带/极性橡胶混合液浇注成膜，用真空烘箱进行干燥，至恒重，温度为50 150°C,时间为6 24小时,若溶剂为四氢呋喃，优选60°C,若溶剂为N，N- 二甲基甲酰胺，优选90°C，得到氧化石墨烯纳米带/极性橡胶薄膜；C、熔融共混用丙酮溶解硫化剂，滴加在上述氧化石墨烯纳米带/极性橡胶薄膜上，硫化剂I 5重量份，待丙酮挥发完全，在室温下于双辊筒开炼机上混炼2 5min，出片。胶料停放一天后进行硫化成型。其中，硫化剂为过氧化二异丙苯。硫化剂、硫化助剂均为本领域技术人员公认的技术，可配合使用，其前提条件是这些助剂对本专利技术的目的的实现以及本专利技术的优良效果的取得不产生不利影响。d、硫化成型用平板硫化机进行模压成型，硫化压力为10 20MPa，优选15MPa，硫化时间为正硫化时间，硫化温度为150 180°C，优选170°C，制备出氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料。氧化石墨烯纳米带/极性橡胶复合材料可用于电线电缆、汽车、航空、石油等行业中。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点(I)本专利技术采用溶液共混和熔融共混相结合的方法使氧化石墨烯纳米带均匀分散在极性橡胶中，获得高质量的产品；(2)本专利技术的制备工艺简单，反应温度较低，易于控制，能耗低，成本低；(3)本专利技术只需在极性橡胶基体中加入低填充量(O. 2 O. 5份)的氧化石墨烯纳米带，便可使极性橡胶的拉伸强度提高30 60%。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。 这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。该领域的技术熟练人员可以根据上述本
技术实现思路
对本专利技术作出一些非本质的改进和调整。下列实施例和比较例中的材料的力学性能测试在SANS-Power Test拉力试验机上进行，拉伸强度按GB/T 528-1998测试，测试条件拉伸速率为500mm/min，测试温度为230C，拉伸样条为哑铃型，长7. 5mm,宽4mm。实施例和比较例所用材料如下多壁碳纳米管(MWNT) NC 7000，Nanocyl公司，平均直径为9. 5nm，平均长度为I.5 μ m，纯度为90%，比表面积为250 300m2/g。乙烯醋酸乙烯酯橡胶(EVM) :Levapren本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈碧燕，张勇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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