[发明专利]轻量化石墨烯复合材料组合物、轻量化石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本公开涉及一种轻量化石墨烯复合材料组合物、轻量化石墨烯复合材料及其制备方法，所述组合物包括功能化石墨烯、热塑性树脂、分散剂、偶联剂和引发剂；相对于100重量份的所述组合物，所述热塑性树脂的含量为70‑95重量份，所述功能化石墨烯的含量为0.01‑0.5重量份，所述分散剂的含量为2‑8重量份，所述偶联剂的含量为2‑8重量份，所述引发剂的含量为2‑10重量份。本公开提供的轻量化石墨烯复合材料不仅密度低，具备良好的拉伸强度、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度等机械性能，熔融指数亦有所提高。

技术领域

本公开涉及复合材料领域，具体地，涉及一种轻量化石墨烯复合材料组合物、轻量化石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

随着材料的不断革新，节能、环保、材料轻量化的概念，在如今节能减排与创新大趋势下也愈演愈烈。与铝合金、钛合金、结构钢等金属材料相比，增强聚合物复合材料具有高比强度和高比刚度的特点。因此，越来越多的飞行器、轨道交通车辆、船舶、桥梁以及新能源等领域采用增强聚合物复合材料，不仅能降低能源的消耗，提高机械性能，更可以提高集成化水平，降低成本。

结构完整的石墨烯是由不含任何不稳定键的苯六元环组合而成的二维晶体，化学性能稳定，片与片之间有较强的范德华力，容易产生团聚，在水及常用的有机溶剂中很难分散均匀，这给石墨烯的应用造成了极大的困难。

发明内容

本公开的目的是提供一种轻量化石墨烯复合材料组合物、轻量化石墨烯复合材料及其制备方法，所述轻量化石墨烯复合材料密度低、机械性能好。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种轻量化石墨烯复合材料组合物，所述组合物包括功能化石墨烯、热塑性树脂、分散剂、偶联剂和引发剂；相对于100重量份的所述组合物，所述热塑性树脂的含量为70-95重量份，所述功能化石墨烯的含量为0.01-0.5重量份的，所述分散剂的含量为2-8重量份，所述偶联剂的含量为2-8重量份，所述引发剂的含量为2-10重量份。

可选地，相对于100重量份的所述组合物，所述热塑性树脂的含量为82-86重量份，所述功能化石墨烯的含量为0.2-0.4重量份的，所述分散剂的含量为4-6重量份的，所述偶联剂的含量为4-6重量份，所述引发剂的含量为5-8重量份。

可选地，所述功能化石墨烯为具有功能化官能团的石墨烯，所述功能化官能团选自氨基、磺酸基、羧基、硝基和氟中的一种或几种。

优选地，所述功能化官能团为氨基和/或羧基。

可选地，所述功能化石墨烯的片层数为1-5，片径为1-5μm，氧含量为2-3重量％，功能化官能团含量为13-15重量％。

可选地，所述热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、尼龙和ABS的一种或几种，优选为聚乙烯、聚丙烯或热塑性聚氨酯的一种或几种，进一步优选为聚乙烯和/或聚丙烯；

所述分散剂选自聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯醇的一种或几种，优选为聚乙烯吡咯烷酮；

所述偶联剂选自乙烯基硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂和环氧基硅烷偶联剂的一种或几种，优选为乙烯基硅烷偶联剂；

所述引发剂为偶氮二异丁腈、过硫酸胺和过硫酸钾的一种或几种，优选为过硫酸钾。

本公开第二方面提供了一种采用本公开第一方面所述的组合物制备轻量化石墨烯复合材料的方法，该方法包括以下步骤：

S1、在所述分散剂存在下，将所述功能化石墨烯在溶剂中与所述偶联剂接触进行偶联反应，得到第一混合物；

S2、将步骤S1得到的所述第一混合物、所述热塑性树脂与所述引发剂接触，然后成型得到轻量化石墨烯复合材料。