[发明专利]一种高强度耐熔滴的石墨烯/PET复合板材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度耐熔滴的石墨烯/PET复合板材及其制备方法。该石墨烯/PET复合板材由石墨烯/PET纳米复合材料经熔融挤出制得，石墨烯/PET纳米复合材料是通过在PET前驱体中加入褶球状氧化石墨烯和催化剂，进行原位缩聚得到。本发明方法避免了酯化阶段中氧化石墨烯的堆叠，大大节约了成本，提高了生产效率。所得石墨烯在聚合物基体中分散性好，在添加少量石墨烯后，复合板材的抗熔滴性、屈服强度和高温屈服强度均有显著提高。本发明所涉及制备工艺简单有效，所得复合材料性能优越，可被用于建筑材料、耐火材料、加热厨具等领域。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种高强度耐熔滴的石墨烯/PET复合板材及其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的机械强度、刚度、硬度高，滑动性能和耐磨强度好，电气绝缘性好，具有非常好的耐蠕变性能、尺寸稳定性(优于POM)和生理惰性(适于与食品接触)。耐气候性、抗化学药品稳定性好，吸水率低，耐弱酸和有机溶剂，但不耐热水浸泡，不耐碱。然而，面对社会的快速发展，人们对PET的机械性能、热性能、电性能提出了许多新要求，若能将PET的性能进一步提升，或赋予其新的性能，不仅能进一步拓宽PET的应用范围，也可给人类社会带来更多便利。

引入增强材料是一种可快速规模生产，性价比高的方法，常规增强材料包括金属材料(纳米线、纳米粒子)、无机填料(蒙脱土、二氧化钛、二氧化硅、氮化硼等)和碳材料(炭黑、石墨等)。常规增强材料存在两大缺陷，一方面需要很高添加量才能获得令人满意的效果，但高添加量伴随着其他性能的下降，难以实现性能的全面提升，另一方面增强效果往往是单一的，不能同时对多个性能进行提高。这些问题导致常规增强材料的性价比偏低，不适合大规模推广。

石墨烯是新世纪来最受关注的新材料之一，因其具有超高的比表面积、优异的力学性能、高导电率、高导热率和高阻隔性而在诸多领域具有广泛应用前景。在复合材料领域，加入少量石墨烯可同时提高材料的多项性能，具有超高的性价比，这使其在复合材料方面得到广泛研究。但石墨烯容易团聚，会重新形成石墨堆叠结构，降低了其增强效果。虽然可以通过添加分散剂和进行表面修饰的方法来促进石墨烯的分散性和降低石墨烯的堆叠，但是这些方法提高了石墨烯的成本，并且引入了新的成分。专利201510514154.7《氧化石墨烯改性PET材料的制备方法》采用在酯化前将氧化石墨烯加入氧化石墨烯水溶液，一方面水的加入对酯化和缩聚会产生影响，另一方面酯化阶段氧化石墨烯发生还原，可能产生堆叠，降低性能。专利201280033203.X《聚对苯二甲酸乙二酯-石墨烯纳米复合物》将石墨烯纳米片加入PET聚合体系，多层石墨烯使得添加量较高(2～15％)，而且由于没有官能团存在，石墨烯在聚合过程中会发生二次堆叠，形成不相容的缺陷点。专利201610111707.9《PET基石墨烯复合材料、其制备方法及浮空器》先将氧化石墨烯用乙二醇改性，再与PET单体进行酯化或酯交换，最后缩聚得到复合材料，虽然通过改性的方式提高了石墨烯与PET聚合体系的相容性，并且使石墨烯与PET产生共价接枝，但是在酯化过程中，氧化石墨烯仍旧会不可避免地发生堆叠，且制备过程复杂，整体生产的成本高，不适合实际生产。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯/PET复合板材及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯/PET复合板材的制备方法，其特征在于，该方法为：将100重量份的石墨烯/PET纳米复合材料和0～10重量份的助剂混合均匀后，经熔融挤出，即得到本发明耐高温抗熔滴的石墨烯/PET复合板材。

进一步地，所述助剂由抗氧化剂、无机填充剂、增韧剂、光泽改善助剂中的一种或多种按照任意配比组成。所述熔融挤出温度为230～260℃，螺杆转速为30-90rpm，牵引速度为0.15～6m/min。

进一步地，所述石墨烯/PET纳米复合材料由以下步骤制备进行：