[发明专利]一种以石墨烯为填料的耐磨损硬质复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，特别涉及一种以新型纳米炭材料—石墨烯为填料的耐磨损硬质聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)作为四大工程材料之一，是一种被广泛应用的通用塑料。PVC树脂具有难燃性、抗化学腐蚀、耐磨、优良电绝缘性和较高机械强度等优点，使得其在加工过程中可以采用加入添加剂以及其他方法生产出满足各种各样需要的塑料制品，较常用的如电线套管、地板等。随着航空、航天、汽车、机械等领域技术的飞速发展，高性能聚合物及其复合材料以其优异的摩擦学性能扮演着越来越重要的角色：国防工业中军舰的甲板、舰载飞机的跑道等需要大批量高品级PVC耐磨防滑材料。汽车用PVC电缆料的关键指标之一就是耐磨性，直接关系到汽车电线的寿命。而未加增塑剂的PVC属于硬脆的材料，其对缺口冲击强度具有高度的敏感性，尤其在干摩擦应力状态下，在挤压剪切作用下易于发生微裂纹的产生和拓展，直接限制了PVC在这些摩擦学性能要求较高的领域的应用。因此，提高和改善PVC的耐磨性能已成为PVC功能改性的重要发展方向之一。

近年来，为了提高PVC的耐磨损性能，工业上普遍采用的方式是通过物理共混的方式，加入木质纤维素、玻璃纤维等无机填料，这种方式成型方便、操作工艺简单。但是这些无机耐磨填料普遍存在密度大、与树脂相容性差、易离析、分散性差等缺点（Zhang Z,et al.Composites Part a-Applied Science and Manufacturing,2004(35):1385-1392.,Chang L,et al.Composites Science and Technology66,2006:3188-3198.,Wang Q H,et al.Materials&Design,210(31):3761-3768,Xiang D H,et al.Journal of Reinforced Plastics and Composites,2007(26):331-339.）。纳米材料以其轻质、比表面积大、与树脂相容性好、结合力强、物理性能优异等显著特点越来越引起人们的广泛关注，以纳米材料作为填料来提高聚合物耐磨损性能成为研究热点。

目前，用于耐摩擦磨损聚合物基复合材料的填料主要有橡胶弹性体和无机耐磨填料（如：石墨、SiC）等。然而，橡胶弹性体具有成本高、制备工艺复杂等缺点，而上述的无机耐磨填料则普遍存在密度大、与树脂相容性差、易离析、分散性差等缺点。纳米材料以其轻质、比表面积大、与树脂相容性好、结合力强、物理性能优异等显著特点越来越引起人们的广泛关注，以纳米材料作为填料来提高聚合物耐磨损性能成为研究热点。

其中，以碳纳米管和氧化石墨烯为代表的高性能纳米填料在提高聚合物耐摩擦磨损性能等方面取得了显著成效（Song H J et al.Journal of Nanoparticle Research,2013(15):14331442,Shen X J,et al,polymer,2013(54):1234-1242,Tai Z X,et al,Tribology Letters,2012(46):55-63,Pan B L,et al,Wear,2012(294):395-401.）。例如：在干摩擦条件下，氧化石墨烯（GO)的加入可以增强超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的摩擦学性能，非常低含量的GO的填充可以显著改善环氧树脂纳米复合材料的摩擦学性能。但是，以石墨烯作为填料提高聚氯乙烯复合材料的耐磨损性能尚未见报道。

发明内容

为了满足现有高性能聚合物复合材料在航空、航天、汽车、机械等领域应用上越来越高的摩擦学性能的要求，本发明的目的在于提出一种以石墨烯为填料的耐磨损硬质复合材料及其制备方法，石墨烯能够充分改善聚合物复合材料耐磨损性能。

本发明采用的技术方案是：

一种以石墨烯为填料的耐磨损硬质复合材料，所述的复合材料包括：石墨烯填料、聚合物基体及助剂，按重量百分比计，石墨烯0.1～3.0wt%，助剂0.5～10wt%，其余为聚合物基体；其中，聚合物基体为热塑性颗粒状树脂：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯和聚丙烯中的一种或两种以上复合。

所述的石墨烯优选含量为0.2～2.0wt%。

所述的复合材料中助剂为稀土稳定剂和丙烯酸酯，按重量百分比计，稀土稳定剂的含量为2～8wt%，丙烯酸酯0.5～2wt%。