[发明专利]石墨烯/尼龙复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1. 一种石墨烯/尼龙复合材料，其特征在于，包括以下质量分数的组分：

尼龙粉末                   97.5%～98.5%，

石墨烯                       0.4%～0.6%，

流动助剂                    0.7%～1.8%，和

抗氧化剂                    0.2%～0.5%。

2. 根据权利要求1所述的石墨烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述石墨烯/尼龙复合材料的初熔点为180℃，熔程为2℃～4℃，弯曲强度为50MPa～80MPa，拉伸强度为50MPa～80MPa，硬度为80HV～90HV。

3. 根据权利要求1所述的石墨烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙粉末呈规则球形，所述尼龙粉末的粒径为40μm～70μm；所述尼龙粉末主要由尼龙原料经溶解沉淀制备得到，所述尼龙原料包括PA6、PA66、PA612、PA11、PA12、PA1010、PPA、PA46、PA6T和PA9T中的一种或多种。

4. 根据权利要求1、2或3所述的石墨烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述石墨烯具有以下性能参数：片径为2.6微米～500微米，吸光率为2.3%～5%，导热系数为4500W/（m·K）～5300W/（m·K），常温下的电子迁移率＞15000cm²/（V·s），电阻率为0.000001Ω·cm～0.00001Ω·cm。

5. 根据权利要求1、2或3所述的石墨烯/尼龙复合材料，其特征在于，所述流动助剂包括碳化硅、二氧化硅，氧化铝、二氧化钛中的一种或多种；所述抗氧化剂包括2,2'-亚甲基双-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)。

6. 一种如权利要求1～5中任一项所述的石墨烯/尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将尼龙原料置于一密闭高压容器中，先加水进行热处理，然后将热处理后的尼龙进行干燥，得到尼龙处理料；

（2）将尼龙处理料与溶剂置于一带搅拌的反应釜中，并向反应釜中通入惰性气体，将釜内压力升至1MPa～2MPa、温度升至130℃～180℃，然后通过搅拌使釜内的尼龙处理料浸透于溶剂中；尼龙处理料浸透后，对釜内抽真空，直至压力降至0.1MPa～0.2MPa，温度保持不变，对所得混合溶液进行蒸馏，除去混合溶液中的水；将反应釜内的压力恢复至常压，将温度降至80℃～100℃，向反应釜中先后加入催化剂和活化剂，然后将釜内压力升至1MPa～2MPa、温度升至130℃～180℃，保持恒温恒压1h～1.5h后，降至常温常压，析出产物粉末，产物粉末经过滤、洗涤和干燥后，得到尼龙粉末；

（3）将流动助剂、抗氧化剂、步骤（2）得到的尼龙粉末加入密闭搅拌器内混合搅拌均匀，然后加入石墨烯，经高速搅拌后，得到石墨烯/尼龙复合材料。

7. 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述溶剂包括甲醇、乙二醇、二甲基亚砜、硝基乙醇、己内酰胺中的一种或多种；所述催化剂包括内酰胺金属化合物、碱金属、碱金属氢化物、碱金属氢氧化物、碱金属醇盐、Na₂CO₃中的一种或多种；所述活化剂包括异氰酸酯、N-乙酰基己内酰胺、酰氯、酸酐中的一种或多种。

8. 根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，按质量比计，所述尼龙处理料∶溶剂∶催化剂∶活化剂 = 1∶3～10∶0.004～0.005∶0.004～0.005。

9. 根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述尼龙原料与水的质量比为1∶5～50；所述热处理的条件为：压力1MPa～2MPa，温度100℃～150℃，处理时间2h～5h；所述步骤（2）中，所述活化剂的加入速度为0.2g/h～0.3g/h；所述步骤（3）中，所述高速搅拌的速度为500rpm～1000rpm。

10. 一种如权利要求1～5中任一项所述的石墨烯/尼龙复合材料或者如权利要求6～9中任一项所述的制备方法制得的石墨烯/尼龙复合材料在3D打印中的应用。