[发明专利]一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的制备方法。该制备方法使用分散剂物理剥离石墨原料制备石墨烯分散液；向石墨烯分散液加入部分己内酰胺进行预分散，得到预混物；向预混物中加入剩余量的己内酰胺，经脱水、阴离子开环原位聚合反应，得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。本发明的方法简单、易于操作，可以在不需要对石墨烯进行表面处理的情况下，使石墨烯稳定、均匀地分散于MC尼龙中，改善了石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的力学、电学和热学等性能。另外，其制备，工艺简单、无污染，可用于大规模生产。

技术领域

本发明属于高分子技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

铸型尼龙(MC尼龙)是一种性能优良的工程塑料，具有轻质、高强、耐磨、耐疲劳等优异性能，制备成本低，工艺简单，可代替金属广泛应用到机械、化工、国防、医学等领域。但MC尼龙也存在吸水性高、尺寸稳定性差、热稳定性差以及导热性能差等缺陷，不能满足某些特定领域的应用要求，限制了其使用范围。

石墨烯是一种新型的二维平面纳米材料，它的问世引起了全世界的关注。由于其特殊的单原子层结构，石墨烯具有优异的力学、电学和热学等性能。另外，它还具有良好的吸波性能和润滑性能，因此，石墨烯非常适合构筑高性能的聚合物基纳米复合材料，常被用作复合材料的填充相和功能相，在纳米电子器件、能量存储、航天军工及新能源等领域均具有重要应用价值。石墨烯作为MC尼龙的增强相，可借助石墨烯优异的性能来改善其力学性能、导电性能和导热性能等。但是，石墨烯存在自团聚以及在基体中不能均匀分散的问题，严重限制了其在MC尼龙中的应用。

目前，利用石墨烯增强MC尼龙性能的研究取得了一定进展，王春华等，(RSC Adv.,2016)报道使用磺化石墨烯增加MC尼龙复合材料的导热性能，添加量为3wt％，将导热性能提高了一倍。王泉等，(Composites Part B:Engineering，2017)制备得到的羟基功能化石墨烯/MC尼龙复合材料摩擦系数和磨损率分别降低了13％和42.3％。。王月欣等，(高分子材料科学与工程，2016)用高密度聚乙烯改性的氧化石墨烯与MC尼龙复合，在聚合的过程中氧化石墨烯还原为石墨烯，制备得到的复合材料力学性能和热稳定性同时得到提升。

目前的研究表明，未经表面处理的石墨烯很难在MC尼龙中分散均匀，因此，如何采用简单高效、易于实施应用的方法实现石墨烯在MC尼龙中的均匀分散，是提高MC尼龙复合材料性能的关键。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的制备方法：使用分散剂物理剥离石墨原料制备石墨烯分散液；向石墨烯分散液加入部分己内酰胺进行预分散，得到预混物；向预混物中加入剩余量的己内酰胺，经脱水、阴离子开环原位聚合反应，得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。

石墨烯分散液与己内酰胺预分散后，再与己内酰胺进行反应，利于石墨烯在MC尼龙中纳米均匀分散。预分散是物理分散，对石墨烯的本征结构没有影响，利于复合材料整体性能的提升。

本发明的方法简单、易于操作，可以在不需要对石墨烯进行表面处理(如磺化或氨基化)的情况下，使石墨烯稳定地、均匀地分散(达到纳米等级的分散)于MC尼龙中，改善了石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的力学、电学和热学等性能。另外，制备工艺简单，无污染，可大规模生产。

预分散的手段包括超声、高速搅拌机、均质器、胶体磨研磨，三辊机研磨或球磨中的一种或几种的组合。

作为本发明的一种实施方式，石墨原料采用片层厚度为0.02～0.05mm的天然鳞片石墨或层数大于10层且厚度为5～100nm的石墨微片。