[发明专利]一种车用石墨烯弹性材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料这一技术领域，特别涉及到一种车用石墨烯弹性材料的制备方法。

背景技术

石墨烯通常被描述为密集堆积在蜂窝状晶格中的sp2键碳原子的单原子厚度的平面片材。石墨烯中的碳碳键长度约为0.142nm。石墨烯是一些碳同素异形体(包括石墨、碳纳米管和富勒烯)的基本结构单元。石墨烯具有独特的性质，例如非常高的强度和非常高的电导性。在过去的五十年，通过向热固性、热塑性以及弹性聚合物中添加许多矿物和金属已经产生了工业规模的“复合材料”。与本体聚合物相比，这些复合材料已显示了在诸如杨氏模量、抗拉强度、耐磨性和储能模量的性能方面适度的机械性能提高。然而，在合成纳米尺度颗粒方面的新发展已经显著地促进了复合材料工业的发展。合成和表征原子级颗粒的能力已经产生了新一代高性能的填料。这些亚微米填料结合在聚合物中，被称为“纳米复合材料”，已经产生了空前的性能提高，轻易地超过以前的努力。对于纳米复合材料的商品化需求已经迅速增长。这样的材料的潜在应用覆盖包括食品包装、垫片、汽车应用、便携式电子器件等的许多工业。虽然这种发展以热塑性研究占优势，但近来对弹性体纳米复合材料的兴趣上升。针对诸如轮胎内胎、气垫和硫化胶囊的工业应用，已经致力于提高许多常用橡胶的拉伸和阻隔性能。同样地，已经开始研究寻找常用的专门橡胶例如卤代丁基橡胶的更便宜的替代物。在这种情况下，已经研究了许多填料材料。常规的选择包括各种矿物、碳黑和硅酸盐。然而，随着合成技术的进步，已经出现了许多有前途的新材料。本研究致力于研究石墨烯弹性材料的制备工艺，得到车用石墨烯弹性材料。制备而成的车用石墨烯弹性材料，其硬度高、弹性大、缓冲耐磨性能好，具有较好的应用前景。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种车用石墨烯弹性材料的制备方法，该工艺利用浓硫酸和高锰酸钾对原材料石墨进行氧化，利用水合肼的还原反应得到石墨烯，然后对石墨烯和一系列的聚合原料进行加压聚合反应，对高温聚合物进行压模和立即制冷干燥定型，得到车用石墨烯弹性材料。制备而成的车用石墨烯弹性材料，其硬度高、弹性大、缓冲耐磨性能好，具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种车用石墨烯弹性材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)在冰浴条件下，机械搅拌条件下，在98％浓硫酸中加入鳞片石墨粉，再加入占石墨粉60-90wt％的硝酸钠，和占石墨粉5倍重量的高锰酸钾，冰浴下反应60-90min；

(2)将步骤(1)制得的氧化石墨烯放入5-10wt％浓度的水合肼溶液中还原，还原温度为85-90℃，还原时间45-90min，得到石墨烯；

(3)将步骤(2)中的石墨烯7-9份、乙烯和丙烯共聚物3-8份、尼龙1-4份、苯乙烯丙烯腈聚合物2-5份、聚氨酯1-3份、偶联剂1-2份混合均匀后注入反应炉进行加压聚合反应，反应结束后，保持反应温度自然降压至常压，保温备用；

(4)将步骤(3)的高温聚合物直接注入预冷的模具内压模，然后立即放入低温冷冻干燥箱定型12-24h,即得成品。

优选地，所述步骤(3)中的偶联剂选自乙烯基三氯硅烷、γ-氯丙基三氯硅烷、双-(3-三乙氧硅丙基)四硫化物、十八烷基-二甲基-(3-三甲氧硅丙基)氯化铵中的一种或几种。

优选地，所述步骤(3)中的聚合反应条件为：施加压力为45-50MPa，烧结温度为700-800℃，烧结时间为20-45min。

优选地，所述步骤(4)中的低温冷冻干燥的条件为-50至-80℃，相对湿度5％-10％。

优选地，所述步骤(4)中的低温冷冻干燥箱内充入100ml/m2的液氮。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)本发明的车用石墨烯弹性材料的制备方法利用浓硫酸和高锰酸钾对原材料石墨进行氧化，利用水合肼的还原反应得到石墨烯，然后对石墨烯和一系列的聚合原料进行加压聚合反应，对高温聚合物进行压模和立即制冷干燥定型，得到车用石墨烯弹性材料。制备而成的车用石墨烯弹性材料，其硬度高、弹性大、缓冲耐磨性能好，具有较好的应用前景。

(2)本发明的车用石墨烯弹性材料原料易得、工艺简单，适于大规模工业化运用，实用性强。

具体实施方式

下面结合具体实施例对发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

(1)在冰浴条件下，机械搅拌条件下，在98％浓硫酸中加入鳞片石墨粉，再加入占石墨粉60wt％的硝酸钠，和占石墨粉5倍重量的高锰酸钾，冰浴下反应60min；