[发明专利]一种聚酰亚胺/石墨烯复合材料的制备方法及其产品

说明书

技术领域

本发明涉及导电复合材料的制备领域，特别涉及一种聚酰亚胺/石墨烯复合材料的制备方法及其产品。

背景技术

高分子导电材料，是一类具有导电功能(包括半导电性、金属导电性和超导电性)、电导率在10^-6S/m以上的聚合物材料。按照电性能分类，可分为：绝缘体、防静电体、导电体、高导体。一般用体积电阻率表示，体积电阻率在10¹⁰Ω·cm以上的称为绝缘体；电阻值在10⁴～10⁹Ω·cm范围内的称作半导体或防静电体；电阻值在10⁴Ω·cm以下的称为导电体；电阻值在100Ω·cm以下甚至更低的称为高导体。

聚酰亚胺(PI)是指主链上含有酰亚胺环的一类聚合物，其中以含有酞酰亚胺结构的聚合物最为重要。其耐温达400℃以上，耐骤冷骤热，长期使用温度范围-200～300℃，具有优异的电性能、机械性能，优异的耐化学腐蚀、耐溶剂性能，且热膨胀系数较小、耐磨性能较好。已广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等尖端技术领域。但聚酰亚胺体积电阻率高达10¹⁵～10¹⁷Ω.cm，容易在其表面产生静电，易引起爆炸和火灾，提高聚酰亚胺材料的抗静电能力和导电能力，可拓宽其在化工、机械、电子等领域的应用。

通常的抗静电或导电聚合物是将石墨或金属粉等导电填料加入到聚合物中制备出的一种具有抗静电或导电功能的聚合物复合材料。随着导电填料的增加，聚合物复合材料将从绝缘体向导体发生转变，即发生了逾渗现象。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数的填料，例如石墨填充的聚合物一般需要加15％～40％体积分数的填料。这会造成复合材料的加工流动性变差，而且导致复合材料力学性能的下降，而添加导电性好的金属粉末，例如铜粉、银粉，则容易发生氧化反应，生成金属氧化物，影响复合材料的导电性能。

石墨烯是由碳原子以SP²杂化轨道组成的六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，其理论厚度0.35nm，是目前发现的最薄的二维纳米材料。由于其特殊的结构，使其具有较高的导电性，比表面积，力学性能(杨氏模量、拉伸强度)等。近年来，一些学者在著名刊物上报道了高分子/石墨烯复合材料可以在极低的石墨烯含量下实现较高的导电率(S.Stankovich,et al.Nature,2006,442:282-286.)。

目前，石墨烯作为高性能功能化填料在聚合物复合材料领域有着大量的研究。在专利EP2554568A2、US20120328785A1、CN102532896A、CN102268134A、CN103275488A、CN102560453A、CN102911360、CN102534858中，都报道了石墨烯改性的聚酰亚胺复合材料，虽然用途不同，但以上专利都是采用溶液分散法来合成石墨烯改性聚酰亚胺复合材料，制备方法繁琐，制备且使用大量有机溶液，不符合绿色化学的要求，对环境污染较大，并且最终复合材料的导电性能也不太理想，其主要原因可以归结为两方面：一方面，石墨烯自身极易团聚而导致其在基体中分散不均匀；另一方面，石墨烯与聚合物基体之间界面结合弱，且与聚合物相容性较差，容易形成应力集中点而影响传递效率，不能有效改善聚合物的性能，所以有必要对石墨烯/聚酰亚胺复合材料改性采取其他的方法或技术。

发明内容

本发明提供一种聚酰亚胺/石墨烯复合材料的制备方法，在不加入任何试剂的条件下，实现石墨烯对聚酰亚胺的改性，从而获得导电性能优异的复合材料，所述制备方法简单、环保、适合工业化生产。

一种聚酰亚胺/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将聚酰亚胺与石墨烯混合，高速搅拌得到聚酰亚胺/石墨烯复合粒子；

2)将步骤1)制备的聚酰亚胺/石墨烯复合粒子通过热压成型制备复合材料。

按质量分数计，原料的组成为：

聚酰亚胺  90～99.9％；

石墨烯    0.1～10％。

本发明中所述的聚酰亚胺为固体颗粒，可以是商品化的聚酰亚胺，如HI-P-100(吉林高琦聚酰亚胺材料有限公司)、Ultem1000P(沙特基础工业公司)、YZPI^TM纯树脂粉料(南京岳子化工有限公司),或实验室合成的聚酰亚胺。