CN110229465A - 一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，聚合物基碳纳米管复合材料的原材料为1‑10％比例的超高纯多壁碳纳米管、石墨烯、聚合物基体材料、分散剂，将超高纯多壁碳纳米管、石墨烯、聚合物基体材料、分散剂混合物用电子束进行辐照处理，碳纳米管在电子束辐照下实现活化改性，同时聚合物基体材料在电子束辐照下实现固化，碳纳米管表面的活性碳原子还参与基体材料的固化，获得含石墨烯/碳纳米管的聚合物复合材料。本发明通过碳纳米管和石墨烯之间的一维材料和二维材料之间的协同作用，利用碳纳米管大长径比来增强石墨烯片之间的相互作用，利用碳纳米管增强与基体间的界面强度，获得一种高性能高分子材料。

Description

一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法。
技术背景
碳纳米管是目前极受关注、被认为具有最多特异性质的纳米材料。碳纳米管的密度只有钢铁的1/10左右，但理论和实测杨氏模量分别在5TPa和1.8TPa左右，与金刚石的模量几乎相同，为已知的最高材料模量，其拉伸强度为200GPa，接近自然界材料强度上限，是钢的100倍，碳纤维的20倍；其弹性应变最高可达12％，约为钢的60倍。它既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性、陶瓷材料的耐热耐蚀性、纺织纤维的柔软可编性以及高分子材料的轻度易加工性，正因如此，碳纳米管增强的复合材料(主要是聚合物基碳纳米管复合材料)的研究成为了热点。石墨烯是一种只有一个原子层厚度的片状二维材料，石墨烯也是目前发现的最薄的二维材料。石墨烯的晶格中包含六个采取sp2杂化的碳原子，晶格结构是与苯环类似的平面正六边形结构。石墨烯的特殊晶格结构赋予了石墨优秀的电学、热学和机械性能。石墨烯的电导率为104S/m，载流子迁移速率高达15000cm2·V·s-1.。石墨烯具备良好的导热性能，其导热速率高达5 000W·m-1·K-1.石墨烯的具备优秀的机械性能，其强度为130GPa是钢铁的100倍。此外，石墨烯还具有很高的理论比表面积，其理论比表面积高达2 630m2·g-1.石墨烯的这些优异性能使其迅速成为世界范围内的研究热点
石墨烯/碳纳米管有优异的物理化学性能，如较高的导电性、优异的力学性能、高的比表面积和良好的化学稳定性等，在催化剂载体、高分子纳米复合材料、能量转换与储存器件的柔性基底材料等领域有广泛应用。
将石墨烯/碳纳米管与高分子材料进行复合是提高高分子材料性能及使用范围的一种重要手段，因此就如何制备出高性能的石墨烯/碳纳米管高分子材料是目前急需解决的一个关键问题。
专利号为CN101445646的中国专利申请了一种聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法，该发明涉及一种纳米材料技术领域的聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法。步骤为：按照碳纳米管在复合材料中的质量百分比含量为0.01-10％的比例，将碳纳米管直接加入或者预先分散于液体介质中，加入聚合物基体材料的单体、齐聚物或者单体或齐聚物的溶液中，通过混合得到混合物；第二步，将所得混合物用电子束进行辐照处理，获得含碳纳米管的聚合物复合材料。该发明通过电子束辐照直接在碳纳米管表面制造不饱和碳原子，并使之立刻充分参与基体聚合反应制备复合材料，可增加碳纳米管与基体间的界面强度，可提高碳纳米管的改性效率，且保持了电子束固化的环保、高效、低耗、灵活、可靠等技术优势。
专利号为CN106629684A的中国专利申请了一种石墨烯/碳纳米管复合气凝胶的制备方法及石墨烯/碳纳米管复合气凝胶，一种石墨烯/碳纳米管复合气凝胶的制备方法，将碳纳米管用氧化剂氧化，将氧化石墨烯、氧化后的碳纳米管及还原剂混合后反应，得到水凝胶，将所述水凝胶与增强溶液混合后得到的反应物经干燥后得到所述石墨烯/碳纳米管复合气凝胶，本发明通过碳纳米管和石墨烯之间的一维材料和二维材料之间的协同作用，利用碳纳米管大长径比来增强石墨烯片之间的相互作用，可以显著提高气凝胶的机械性能。
专利号为CN107446231A的中国专利申请了一种由石墨烯、碳纳米管和富勒烯共同改性的聚乙烯复合材料及其制备方法，该材料包括以下组分：聚乙烯50～100份；石墨烯0.1～1份；碳纳米管0.1～1份；富勒烯0.1～1份；马来酸酐接枝的聚乙烯2～10份；抗氧化剂1～3份；增塑剂1～3份；偶联剂1～2份。本发明中将二维石墨烯、一维碳纳米管和零维富勒烯混合来搭建三维碳材料抗静电网络，采用较少比例的碳材料在聚乙烯基体中构建导电网络。这种复合材料加工工艺简单，可批量生产，通过一次注塑成型得到的产品均可在抗静电领域中应用。
专利号为CN105576203A的中国专利申请了一种石墨烯/硅/碳纳米管复合材料及其制备方法与应用，石墨烯/硅/碳纳米管复合材料是石墨烯、硅材料与碳纳米管复合的一种硅碳复合材料。制备方法：将石墨烯粉末、碳纳米管加至NMP溶液中，用超声振荡使其分散均匀，再加入纳米硅粉，超声振荡分散均匀；将得到的混合溶液干燥、烘干、研磨，即得石墨烯/硅/碳纳米管复合材料。石墨烯/硅/碳纳米管复合材料可作为负极材料应用于锂离子电池。具有容量高、效率高、循环性能好等特性。用较为简便的步骤将石墨烯、硅材料与碳纳米管进行复合，并通过石墨烯及新型材料的特殊结构改善了硅材料在充放电过程中的体积效应，提高了硅材料的导电性，容量高、效率高、循环性能好。
如上述几个专利，均公开了本领域相关的技术产品，但如何制备出高性能的石墨烯/碳纳米管高分子材料问题是本领域急需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的聚合物基碳纳米管复合材料的原材料为1-10％比例的超高纯多壁碳纳米管、石墨烯、聚合物基体材料、分散剂，具体制备步骤为：
(1)在分散液体介质中加入1～10％比例的碳纳米管，0.1％～1％的石墨烯，将所得混合物进行超声震荡分散均匀，再加入90～95％的聚合物基体材料的单体、齐聚物或者单体和齐聚物，充分混合均匀得到含石墨烯/碳纳米管的聚合物基体混合物；
(2)将所得混合物用电子束进行辐照处理，石墨烯/碳纳米管在电子束辐照下实现活化改性，同时聚合物基体材料在电子束辐照下实现固化；
(3)对混合料在120℃～140℃的环境下进行进一步的固化干燥处理，使石墨烯/碳纳米管表面的活性碳原子参与基体材料的固化，获得含碳纳米管的聚合物复合材料；
进一步的，所述超高纯多壁碳纳米管是经过或者未经过改性处理的，改性处理是物理和化学改性处理，它的直径为6～10nm，长度为10～30μm；
进一步的，所述的聚合物基体为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂等可电子束固化聚合物中的一种或多种；
进一步的，所述的分散介质为乙醇、正己烷、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、石油醚、苯、甲苯、四氢呋喃、乙腈、N-二甲基甲酰胺、或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
进一步的，所述石墨烯/碳纳米管与分散介质的比例为1g∶100ml。
本发明所具有的优点：(1)通过碳纳米管和石墨烯之间的一维材料和二维材料之间的协同作用，利用碳纳米管大长径比来增强石墨烯片之间的相互作用。(2)碳纳米管增强与基体间的界面强度。(3)具有制备工艺简单，生产效率高。(4)获得的高分子材料具有优异的强度、韧度、导电性等。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
实施例
一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的聚合物基碳纳米管复合材料的原材料为6％比例的超高纯多壁碳纳米管、石墨烯、聚合物基体材料、分散剂，具体制备步骤为：
(1)在分散液体介质中加入6％比例的碳纳米管，0.5％的石墨烯，将所得混合物进行超声震荡分散均匀，再加入94.5％的聚合物基体材料的单体、齐聚物或者单体和齐聚物，充分混合均匀得到含石墨烯/碳纳米管的聚合物基体混合物；
(2)将所得混合物用电子束进行辐照处理，石墨烯/碳纳米管在电子束辐照下实现活化改性，同时聚合物基体材料在电子束辐照下实现固化；
(3)对混合料在120℃的环境下进行进一步的固化干燥处理，使石墨烯/碳纳米管表面的活性碳原子参与基体材料的固化，获得含碳纳米管的聚合物复合材料；
进一步的，所述超高纯多壁碳纳米管是经过或者未经过改性处理的，改性处理是物理和化学改性处理，它的直径为8nm，长度为20μm；
进一步的，所述的聚合物基体为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂等可电子束固化聚合物中的一种或多种；
进一步的，所述的分散介质为乙醇、正己烷、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、石油醚、苯、甲苯、四氢呋喃、乙腈、N-二甲基甲酰胺、或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种；
进一步的，所述石墨烯/碳纳米管与分散介质的比例为1g∶100ml。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护的范围的行为。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何形式的简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的聚合物基碳纳米管复合材料的原材料为1～10％比例的超高纯多壁碳纳米管、石墨烯、聚合物基体材料、分散剂，具体制备步骤为：
(1)在分散液体介质中加入1～10％比例的碳纳米管，0.1％～1％的石墨烯，将所得混合物进行超声震荡分散均匀，再加入90～95％的聚合物基体材料的单体、齐聚物或者单体和齐聚物，充分混合均匀得到含石墨烯/碳纳米管的聚合物基体混合物；
(2)将所得混合物用电子束进行辐照处理，石墨烯/碳纳米管在电子束辐照下实现活化改性，同时聚合物基体材料在电子束辐照下实现固化；
(3)对混合料在120℃～140℃的环境下进行进一步的固化干燥处理，使石墨烯/碳纳米管表面的活性碳原子参与基体材料的固化，获得含碳纳米管的聚合物复合材料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的所述超高纯多壁碳纳米管是经过或者未经过改性处理的，改性处理是物理和化学改性处理，它的直径为6～10nm，长度为10～30μm。
3.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的聚合物基体为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、脂环族环氧树脂等可电子束固化聚合物中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述的分散介质为乙醇、正己烷、丙酮、乙酸乙酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、石油醚、苯、甲苯、四氢呋喃、乙腈、N-二甲基甲酰胺、或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的石墨烯/碳纳米管的聚合物基复合材料及其制备方法，其特征在于所述石墨烯/碳纳米管与分散介质的比例为1g∶100ml。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110963813A (zh) * 2019-12-30 2020-04-07 华碳研发(深圳)有限公司 一种含碳纳米管的陶瓷材料及其制备方法
CN112456479A (zh) * 2020-11-17 2021-03-09 安徽理工大学 一种均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法
CN115304799A (zh) * 2022-09-22 2022-11-08 青岛理工大学 一种碳纳米颗粒/环氧树脂界面强化的电子束辐射致交联方法及所得固化树脂

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445646A (zh) * 2008-12-11 2009-06-03 上海交通大学 聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法
CN101734650A (zh) * 2009-12-23 2010-06-16 沈阳建筑大学 一种石墨烯-碳纳米管混杂复合材料的制备方法
CN102807737A (zh) * 2012-08-07 2012-12-05 上海交通大学 石墨烯/碳纳米管分散体系高分子基复合材料的制备方法
WO2015050352A1 (ko) * 2013-10-01 2015-04-09 코닝정밀소재 주식회사 탄소나노튜브 그래핀 복합체 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노튜브 그래핀 복합체

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101445646A (zh) * 2008-12-11 2009-06-03 上海交通大学 聚合物基碳纳米管复合材料的制备方法
CN101734650A (zh) * 2009-12-23 2010-06-16 沈阳建筑大学 一种石墨烯-碳纳米管混杂复合材料的制备方法
CN102807737A (zh) * 2012-08-07 2012-12-05 上海交通大学 石墨烯/碳纳米管分散体系高分子基复合材料的制备方法
WO2015050352A1 (ko) * 2013-10-01 2015-04-09 코닝정밀소재 주식회사 탄소나노튜브 그래핀 복합체 제조방법 및 이에 의해 제조된 탄소나노튜브 그래핀 복합체

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110963813A (zh) * 2019-12-30 2020-04-07 华碳研发(深圳)有限公司 一种含碳纳米管的陶瓷材料及其制备方法
CN112456479A (zh) * 2020-11-17 2021-03-09 安徽理工大学 一种均匀分散的石墨烯/碳纳米管复合材料的制备方法
CN115304799A (zh) * 2022-09-22 2022-11-08 青岛理工大学 一种碳纳米颗粒/环氧树脂界面强化的电子束辐射致交联方法及所得固化树脂

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