[发明专利]一种石墨烯复合材料的连续式生产设备以及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合材料的连续式生产设备以及制备方法。

背景技术

石墨烯是由sp2杂化碳原子形成的二维单原子层碳材料。其具有优异的电学性能、热性能、机械性能和生物相关性，具有广泛的应用。石墨烯可以作为制备复合材料时的理想纳米填料，利用石墨烯优良的特性与其它材料进行复合，可以赋予材料优异的性质。因此，石墨烯复合材料迅速成为纳米复合材料研究领域中的热点。

聚酰胺俗称尼龙，它是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的高聚物的总称。其本身具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性等，是一类重要的高分子材料。当石墨烯作为聚酰胺的增强相时，通过石墨烯与聚酰胺之间的高比表面积和强附着力，利用石墨烯的优异特性能够改善尼龙的相关性能，如结晶性能、热稳定性、导电、导热和力学性能等，以拓展聚酰胺材料的应用范围。因而，石墨烯/聚酰胺复合材料的研究越来越受到人们的重视。

目前，制备石墨烯/聚酰胺复合材料的方法主要有两种：熔融共混法和原位聚合法。其中，原位聚合法是将石墨烯与聚酰胺单体一起加到反应容器中，再通过聚合反应来得到所需复合材料。采用该方法，可以解决石墨烯纳米片在聚酰亚胺基体中的分散和相容性问题，得到分散性良好的复合材料。

但现有技术中，石墨烯与聚酰胺原位聚合只是在实验室里面实现，尚未能够实现工业化大规模生产。如何在现有的聚酰胺工业化的聚合生产工艺中引入石墨烯，并将石墨烯高效地分散于聚酰胺，是实现石墨烯聚酰胺复合材料的工业化生产，所必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯复合材料的连续式生产设备，其布局合理，设备简洁，分散效果高，生产效率高。其能够高效地将石墨烯材料分散于聚酰胺中，实现石墨烯复合材料的大规模工业化生产。并且，其能对未反应完的聚酰胺单体进行回收利用，降低生产成本。

本发明的另一目的在于提供一种石墨烯复合材料的制备方法，其方法简单，操作便利，能够高效地将石墨烯材料分散于聚酰胺中，实现石墨烯复合材料的大规模工业化生产。并且，其能对未反应完的聚酰胺单体进行回收利用，降低生产成本。

本发明的实施例是这样实现的：

一种石墨烯复合材料的连续式生产设备，包括原料制备装置和反应装置，原料制备装置的出料端连接至反应装置，连续式生产设备还包括用于对反应装置中得到的粗品复合材料进行萃取纯化的萃取装置，萃取装置的进料端与生产装置的出料端连接，萃取装置的出料端设有用于将萃取得到的聚酰胺单体萃取液输送至原料制备装置的输液管道；原料制备装置包括用于将聚酰胺单体熔融并与石墨烯混合的原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。

一种石墨烯复合材料的制备方法，包括：将聚酰胺单体与石墨烯材料加入到原料熔融釜中进行熔融，并在高剪切乳化机和超声分散器的共同作用下进行剥离以及分散混合，得到混合料；将混合料输送至反应装置中进行聚合反应，得到粗品复合材料；将粗品复合材料输送至萃取装置中萃取分离，得到石墨烯复合材料，萃取得到的聚酰胺单体萃取液通过输液管道输送回原料制备装置中重复利用。

本发明实施例的有益效果是：本发明提供了一种石墨烯复合材料的连续式生产设备，包括原料制备装置和反应装置。原料制备装置包括原料熔融釜，原料熔融釜设置有高剪切乳化机和超声分散器。该连续式生产设备可以在制备聚酰胺单体的过程中，在对原料进行熔融的同时，通过高剪切搅拌和超声分散的联合作用，将石墨烯更好地分散于聚酰胺的单体中，并进一步通过聚合反应，得到分散性良好，各项性质优异的石墨烯复合材料。同时，该连续式生产设备还包括萃取装置，可以对反应中未反应完的聚酰胺单体进行回收再利用，增加原料利用率，降低生产成本。

本发明提供了一种石墨烯复合材料的制备方法。本方法解决了石墨烯复合材料在大规模工业化生产中，存在的分散性差的问题。其采用上述石墨烯复合材料的连续式生产设备，在制备过程中，通过高剪切搅拌和超声分散的联合使用，将石墨烯高效地分散于聚酰胺中，从而得到分散性良好，各项性质优异的石墨烯复合材料。同时，该制备方法还对反应中未反应完的聚酰胺单体进行回收再利用，增加了原料利用率，降低了生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。