[发明专利]一种石墨烯/PA6复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯/PA6复合材料的制备方法，该方法将石墨原料、PA6粉料以及不同尺寸的球磨珠一起放入高压不锈钢球磨釜中，并固定在球磨机上，然后通过高压泵将COsubgt;2/subgt;打入球磨釜内除尽釜内的空气后，在球磨釜温度、压力分别为33‑80℃、8‑40MPa运行6‑48小时后停止，关掉电源。释放球磨釜内COsubgt;2/subgt;至压力为常压后，打开球磨釜盖，收集制备好的石墨烯/PA6复合材料。该复合材料制备的母粒和薄膜具有良好的导电性能，在抗静电材料等领域具有广泛应用前景。本方法工艺简单，绿色高效，成本低，有利于工业大规模生产。

技术领域

本发明涉及PA6复合材料制备领域，具体涉及一种石墨烯/PA6复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯具有优异的导热、导电以及机械性能，可有效提升聚合物材料的机械、导电和导热等性能，在改性聚合物塑料领域具有广泛的应用前景。聚酰胺6(以下简称：PA6)是一种重要的热塑性工程塑料，因具有良好的力学、耐腐蚀、比强度高和易于加工成型等性能，广泛应用于汽车、机械零部件和包装等工程塑料领域。为了改善和提高PA6在实际应用过程中存在的导热、导电性能和易吸水等方面的不足，采用石墨烯作为功能改性添加剂，制备高性能功能化的石墨烯/PA6复合材料成为国内外研究的热点。

Xiang Yu等(PLASTICS,RUBBER AND COMPOSITES，2020,VOL.49,NO.7,281-288)报道了采用液相剥离得到石墨烯，然后通过熔融挤出方法制备了石墨烯/PA6复合纳米材料，提高了PA6的机械性能；中国专利CN201610459339.7和CN201810599562.0分别公开了一种石墨烯改性PA6复合材料及其制备方法和一种石墨烯改性PA6生产装置及生产工艺，这两个专利虽然涉及石墨烯/PA6的制备，但是它们都是将石墨烯改性后，再通过混合方式制备石墨烯/PA6复合材料。由于石墨烯片层间存在很强的分子间作用力，石墨烯极易发生团聚，很难分散在聚合物基体中，需使用大量分散剂、改性剂等。目前，制备石墨烯/PA6复合材料主要是采用原位聚合、溶液共混和熔融共混等方法(塑料工业，2018，10：1-5)。

但是，前面所述方法都是采用预先制备好的氧化石墨烯或氧化还原石墨烯，经过添加分散剂、改性剂等各种助剂与PA6进行混合制备石墨烯/PA6复合材料，显然，这些改性剂和分散剂会大大影响复合材料电学性能。此外，这些方法还受到制备石墨烯原料的影响，存在工艺复杂、工艺放大难以及保持石墨烯原有性能而不发生团聚的问题。因此，具有优异性能，尤其是电学性能的石墨烯/PA6复合材料的制备技术和放大应用仍然是亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有良好导电性能、方法工艺简单，容易工业放大的石墨烯/PA6复合材料的制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明方法通过超临界CO₂和PA6的协同增效作用，在剥离石墨为石墨烯的同时，将石墨烯原位均匀分散到PA6中，不仅提高了剥离效率，而且还克服了石墨烯容易团聚，不易分散的难题，从而获得具有优异电学等性能的石墨烯/PA6复合材料。

为达上述目的，本发明采用可工业化生产的球磨工艺，创新性地在球磨罐中引入超临界CO₂和PA6粉末，利用超临界CO₂、PA6和石墨在球磨系统中的协同增效作用，原位剥离石墨为石墨烯，所剥离的石墨烯及时均匀地与PA6结合，并在PA6基体中形成互穿网络结构，均匀分散，于是获得具有优异电学性能的石墨烯/PA6复合材料。具体发明的技术内容方案如下：

一种石墨烯/PA6复合材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

将石墨、PA6和球磨珠放入高压球磨釜中，关闭釜盖，并固定在球磨机上，优选行星球磨机；

向球磨釜中加入CO₂，打开加热器，使高压球磨釜中温度和压力达到设定值；