[发明专利]超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料，在现代化战争和航空、航天、海域防御装备等领域发挥着举足轻重的作用。超高分子量聚乙烯具有难燃、抗化学腐蚀、耐磨、电绝缘性优良和力学强度较高等优点，被广泛应用于各领域中，是世界上产量最大的通用塑料。但超高分子量聚乙烯表面电阻高达 10¹⁴Ω～10¹⁷Ω容易产生静电，易引起爆炸和火灾，提高超高分子量聚乙烯材料的抗静电能力，可拓宽其在化工、煤矿、电子等领域的应用。

通常的复合型抗静电聚合物是将碳黑、石墨或金属粉等导电填料加入到单相或多相聚合物中制备出一种具有抗静电功能的聚合物基复合材料。随导电填料的增加，聚合物复合材料将发生从绝缘体向导体的转变，即逾渗现象。为了获得较低的电阻率，通常要在聚合物基体中加入高体积分的填料，如碳黑填充的聚合物一般需加 5﹪～20﹪体积分数的填料。由此不但造成复合材料在生产过程中加工流动性变差，而且导致复合材料力学性能下降、生产成本增加。

石墨烯作为一种二维导电填料，具有高导电性（6000 S/cm）,高比表面积（2630 m²/g）,高力学强度（杨氏模量：1 TPa，极限强度：130 GPa）等优异性能。近年来，一些学者报道了高分子/石墨烯复合材料可以在极地的石墨烯含量下实现较高的导电率（(S. Stankovich，et al. Nature 2006，442：282-286.）。而具有特殊的网络结构石墨烯/高分子复合材料可以实现更低的逾渗值(H.Pang，et al. Mater. Lett. 2010，64：2226-2229.)。Hu 等人利用两步法制备隔离结构 GNS/UHMWPE 复合材料(H.L.Hu，et al. Carbon 2012，50 ：4596-4599.)，即首先通过溶液共混的方法使得氧化石墨烯均匀涂覆在UHMWPE颗粒表面，然后将干燥后的复合颗粒加入水合肼溶液中原位还原氧化石墨烯得到UHMWPE/石墨烯复合颗粒，最后通过热压的方法得到UHMWPE/石墨烯复合材料。此方法制备复合材料石墨烯的添加量在很低的情况下就可以实现逾渗现象。但是此方法因为涉及两步溶液共混，制备过程较为复杂，且需要使用到剧毒的化学还原剂，如水合肼等，在工业大规模生产过程中容易造成环境污染。

发明内容

本发明的目的是提供一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法。

  该方法具体是：

步骤(1).将超高分子量聚乙烯（UHMWPE）与石墨烯粉末置于高速搅拌机中搅拌,得到超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒；超高分子量聚乙烯（UHMWPE）与石墨烯粉末的质量比为1000：1～50，石墨烯粉末分2～50次加入到高速搅拌机中，每次搅拌10～30s，搅拌速度为10000～30000r/min；

步骤(2).将步骤(1)制备的超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒通过热压成型制备抗静电复合材料，具体是将超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒在180～240℃下预热5～10min，然后在相同温度、10MPa条件下热压30min，得到超高分子量聚乙烯/石墨烯材料。

所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量为1×10⁶～4×10⁶，粒径为80μm～200μm；

所述的石墨烯为具有单层或多层结构的石墨烯粉末，其直径为0.5μm～5μm，厚度为0.5nm～10nm，比表面积为20m²/g～200m²/g，电导率为800～2000 S/cm。

本发明具有的有益效果是：

1.本发明在超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料过程中完全不涉及溶剂的使用，通过静电吸附的方法制备UHMWPE/石墨烯复合颗粒，然后通过热压成型，制备所需抗静电复合材料。该方法不会对环境造成危害，具有工业大规模生产的可能性。

2.本发明制备的超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料具有三维网络结构，不同于常规的二维隔离结构材料，可以明显观察到。

3.本发明制备的超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的逾渗值较溶液法制备所得值偏高，但是此方法完全脱离还原剂、乙醇等有机溶剂的使用，实现绿色化学，完全具有工业大规模生产前景。

附图说明