CN110872380B - 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110872380B
CN110872380B CN201811000764.5A CN201811000764A CN110872380B CN 110872380 B CN110872380 B CN 110872380B CN 201811000764 A CN201811000764 A CN 201811000764A CN 110872380 B CN110872380 B CN 110872380B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
nylon
preparation
caprolactam
dispersion liquid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811000764.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110872380A (zh
Inventor
马永梅
庄亚芳
张京楠
郑鲲
尚欣欣
马远远
曹新宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Chemistry CAS
Original Assignee
Institute of Chemistry CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Chemistry CAS filed Critical Institute of Chemistry CAS
Priority to CN201811000764.5A priority Critical patent/CN110872380B/zh
Publication of CN110872380A publication Critical patent/CN110872380A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110872380B publication Critical patent/CN110872380B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14Lactams
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G69/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic amide link in the main chain of the macromolecule
    • C08G69/02Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids
    • C08G69/08Polyamides derived from amino-carboxylic acids or from polyamines and polycarboxylic acids derived from amino-carboxylic acids
    • C08G69/14Lactams
    • C08G69/16Preparatory processes
    • C08G69/18Anionic polymerisation
    • C08G69/20Anionic polymerisation characterised by the catalysts used
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/04Carbon
    • C08K3/042Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/08Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent

Abstract

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。

Description

一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料及其制备方法
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。
作为优选地,采用层数大于10层且厚度为5~100nm的石墨微片。
相对于普通石墨,石墨微片的厚度处在纳米尺度范围内,但其径向宽度可以达到数个到数十个微米,本身具有良好的导热性能和力学性能。此外,相同的剥离条件下,石墨微片比石墨鳞片更易剥离,得到石墨烯的片层尺寸更薄。
作为本发明的一种实施方式,预混物中石墨烯、己内酰胺的重量比例为5:1~80,优选为5:1~30。
所选用的重量比有助于借助双辊、三辊机和/或球磨混合等方式进行均匀混合,充分分散以使预混物与MC尼龙形成尺寸均匀的纳米复合材料。
作为本发明的一种实施方式,石墨烯分散液包括石墨烯、水和分散剂,石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.01~30;
进一步地,石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.2~20,优选为1:0.5~10,最优选为1:1~5。
石墨烯在尼龙中的最终分散效果与石墨烯和分散剂的比值密切有关,发明人在实验研究中发现分散剂使用量少时,石墨烯在尼龙基体中分散性差,分散剂多时,分散剂本身会影响MC尼龙聚合过程,严重时导致MC尼龙不能进行聚合。
作为本发明的一种实施方式,分散剂选自芳香族磺酸盐甲醛缩合物、聚磺酸杯芳烃及其衍生物、萘磺酸盐甲醛缩合物、聚次甲基蒽磺酸钠、聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸、聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸乙酯、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚磺酰基[4,8-双取代
-(1,2-b:4,5-b′)苯并二噻吩]-[2,6-取代并噻吩](PBDTTT-S)、芳香族聚硫醚酮、磺化聚对苯撑乙烯、磺化聚苯胺或水溶性丙磺酸芳纶中的一种或任意几种。
以上所述的分散剂既可以作为剥离助剂将石墨原料在一定的条件下剥离成石墨烯,又可以起到增容剂作用,增加石墨烯和MC尼龙之间的相互作用,使石墨烯均匀分散,利于石墨烯之间相互搭接形成导热网链,有效传递热能,提高复合材料的热导系数。
作为本发明的一种实施方式,石墨烯分散液中石墨烯的浓度为不大于4wt%,优选不大于2wt%。
石墨烯浓度大于4wt%,不利于分散。4wt%已经处于难以分散的边缘,此时石墨烯分散液呈浆状,不利于保持状态稳定。并且所述浓度的分散液石墨烯分散液更容易从石墨原料中剥离获得。作为本发明的一种实施方式,所述的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的制备方法包括下列步骤:
(1)将石墨原料和分散剂按照一定配比加入到水中,经胶体研磨、超声、高速搅拌机、均质器、球磨、两辊或三辊机研磨中的一种或多种方法组合的方式处理,得到石墨烯分散液;
(2)向石墨烯分散液中加入部分己内酰胺,混合并经胶体研磨、超声处理进行预分散,得到预混物;
(3)向预混物中加入剩余量己内酰胺,研磨一段时间,加热抽真空至恒温恒压,加入碱性催化剂,继续加热抽真空至恒温恒压,加入助催化剂,浇铸到已预热的模具中,保温、冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
本发明的另一目的在于提供一种采用以上内容所述的任意一种制备方法得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
作为本发明的一种实施方式,石墨烯的重量占比不大于2wt%,优选不大于1wt%。
MC尼龙聚合的反应过程中,己内酰胺在反应液体系中为液体状态,抽真空时,整个装置中的液体不断沸腾、回流相互交换,达到除体系中气泡和水的目的。石墨烯的添加量增多,反应体系粘度增大,抽真空除水效果差,影响聚合反应。
作为本发明的一种实施方式,热导率为0.5-1.5W/m·K,导电性能10-14-10-8S/m,拉伸强度90-150MPa,弯曲强度100-180MPa,冲击强度3.1-5kJ/m2
所述的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料可降低磨损率,增加耐磨性。
附图说明
附图作为本发明的一部分,用来提供对本发明的进一步的理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但不构成对本发明的不当限定。显然,下面描述中的附图仅仅是一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中:
图1是本发明实施例1制备的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图;
图2是图1的局部放大图;
图3是对比例1制备的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图;
图4是图3的局部放大图。
需要说明的是,这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合部分实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,以下实施例仅用于说明本发明,不用于限制本发明的范围。
实施例1
(1)将层数大于10层且厚度为5-100nm的石墨微片40g和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)80g加入到880g水中,经胶体研磨、超声处理得到4wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与20g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的376g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.6g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为1wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为1W/m·K,导电性能10-10S/m,拉伸强度90MPa,弯曲强度120MPa,冲击强度4.6kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图参见图1和图2,从图中可以看出石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例2
(1)将石墨微片40g和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)0.4g加入到1959.6g水中,经胶体研磨、超声处理得到2wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与0.4g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的397.6g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.5g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2.2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为0.5wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为0.8W/m·K,导电性能10-12S/m,拉伸强度80MPa,弯曲强度100MPa,冲击强度3.7kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例3
(1)将石墨微片4g和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)120g加入876g水中(控制石墨烯、分散剂的重量比例为1:30),经胶体研磨、超声处理得到0.4wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与6.4g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的393.2g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.5g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2.2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为0.1wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为0.4W/m·K,导电性能10-14S/m,拉伸强度75MPa,弯曲强度95MPa,冲击强度3.4kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例4
(1)将石墨微片4g、磺化聚对苯撑乙烯和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)80g加入916g水中(控制石墨烯、分散剂的重量比例为1:20),经胶体研磨、超声处理得到0.4wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与2.4g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的397.2g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.5g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2.2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为0.1wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为0.45W/m·K,导电性能10-14S/m,拉伸强度80MPa,弯曲强度100MPa,冲击强度3.6kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例5
(1)将石墨微片40g和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)400g加入1560g水中(控制石墨烯、分散剂的重量比例为1:10),经胶体研磨、超声处理得到2wt%的石墨烯分散液;
(2)将200g上述石墨烯分散液与16.8g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的379.2g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.6g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为1wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为1.2W/m·K,导电性能10-9S/m,拉伸强度95MPa,弯曲强度130MPa,冲击强度5kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例6
(1)将石墨微片40g和聚磺酰基[4,8-双取代-(1,2-b:4,5-b′)苯并二噻吩]-[2,6-取代并噻吩](PBDTTT-S)200g加入1760g水中(控制石墨烯、分散剂的重量比例为1:5),经胶体研磨、超声处理得到2wt%的石墨烯分散液;
(2)将200g上述石墨烯分散液与13.6g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的382.4g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.6g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为1wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为1.5W/m·K,导电性能10-8S/m,拉伸强度100MPa,弯曲强度140MPa,冲击强度5.1kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
实施例7
(1)将石墨微片40g和芳香族磺酸盐甲醛缩合物8g加入1952g水中(控制石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.2),经胶体研磨、超声处理得到2wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与4.4g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨30min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,得到预混物;
(3)向得到的预混物中加入剩余的393.6g己内酰胺,继续研磨10min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.6g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料中石墨烯的重量占比为0.5wt%,石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为0.8W/m·K,导电性能10-11S/m,拉伸强度85MPa,弯曲强度118MPa,冲击强度3.8kJ/m2
石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图与实施例1近似,石墨烯分布均匀,无明显团聚且片层薄。
对比例1
该对比例与实施例1的区别在于,没有将石墨烯分散液与己内酰胺进行预分散。
(1)将石墨微片和萘磺酸盐甲醛缩合物(FDN)按照一定比例加入水中,经胶体研磨、超声处理得到4wt%的石墨烯分散液;
(2)将100g上述石墨烯分散液与396g己内酰胺混合,经过胶体磨(转速为750r/min)研磨40min,然后超声(150W,频率20000Hz)30min,将混合物转移至三口烧瓶,加热抽真空除水至恒温恒压,加入催化剂0.6g氢氧化钠,继续加热抽真空,恒温恒压后加入助催化剂2g二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI),最后快速浇铸到已预热的模具中,保温80min,冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热导率为0.2W/m·K,导电性能0.2×10- 10S/m,拉伸强度65MPa,弯曲强度91MPa,冲击强度3.3kJ/m2。石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的SEM图参见图3和图4,从图中可以看出石墨烯分布不均,团聚严重,片层厚且层数多。
对比例1与实施例1的区别仅在于没有将石墨烯分散液与一部分己内酰胺进行预分散,其他的步骤和参数保持一致,但是得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的热学、电学和力学性能均较差,而且从SEM图可以看出其分散效果不佳。
对比例2~3
对比例2~3与实施例1的区别在于,使用的石墨原料不是石墨微片,其他相同,各对比例的石墨原料及得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料相关性能参数如下表所示。
表1
Figure BDA0001782904800000091
根据上表的数值可以看出,对比例2~3没有采用本发明的石墨微片,对应得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的电学、热学和力学性能相对较差。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,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简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (12)

1.一种石墨烯/MC尼龙纳米复合材料的制备方法,其特征在于,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;
包括下列步骤:
(1)将石墨原料和分散剂按照一定配比加入到水中,经胶体研磨、超声处理得到石墨烯分散液;
(2)向石墨烯分散液中加入部分己内酰胺,混合并经胶体研磨、超声处理、高速搅拌机、均质器、球磨、两辊或三辊机研磨中的一种或多种方法组合的方式对混合物进行预分散,得到预混物;
(3)向预混物中加入剩余量己内酰胺,研磨一段时间,加热抽真空至恒温恒压,加入碱性催化剂,继续加热抽真空至恒温恒压,加入助催化剂,浇铸到已预热的模具中,保温、冷却脱模,得到石墨烯/MC尼龙纳米复合材料;
预混物中石墨烯、己内酰胺的重量比例为5:1~80;
分散剂选自芳香族磺酸盐甲醛缩合物、聚磺酸杯芳烃及其衍生物、萘磺酸盐甲醛缩合物、聚次甲基蒽磺酸钠、聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸、聚偏氟乙烯接枝苯乙烯磺酸乙酯、聚苯乙烯磺酸、聚苯乙烯磺酸钠、聚磺酰基[4,8-双取代-(1,2-b:4,5-b′)苯并二噻吩]-[2,6-取代并噻吩]、芳香族聚硫醚酮、磺化聚对苯撑乙烯、磺化聚苯胺或水溶性丙磺酸芳纶中的一种或任意几种;
石墨烯分散液中石墨烯的浓度为不大于4wt%。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,石墨原料采用片层厚度为0.02~0.05mm的天然鳞片石墨或/和层数大于10层且厚度为5-100nm的石墨微片。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,预混物中石墨烯、己内酰胺的重量比例为5:1~30。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,石墨烯分散液包括石墨烯、水和分散剂,石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.01~30。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.2~20。
6.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,石墨烯、分散剂的重量比例为1:0.5~10。
7.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,石墨烯、分散剂的重量比例为1:1~5。
8.根据权利要求4-7任一项所述的制备方法,其特征在于,石墨烯分散液中石墨烯的浓度为不大于2wt%。
9.一种采用根据权利要求1-8任一项所述的制备方法得到的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料。
10.根据权利要求9所述的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料,其特征在于,石墨烯的重量占比不大于2wt%。
11.根据权利要求10所述的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料,其特征在于,石墨烯的重量占比不大于1wt%。
12.根据权利要求10或11所述的石墨烯/MC尼龙纳米复合材料,其特征在于,热导率为0.5-1.5W/m·K,导电性能10-14-10-8S/m,拉伸强度90-150MPa,弯曲强度100-180MPa,冲击强度3.1-5kJ/m2
CN201811000764.5A 2018-08-30 2018-08-30 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法 Active CN110872380B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811000764.5A CN110872380B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811000764.5A CN110872380B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110872380A CN110872380A (zh) 2020-03-10
CN110872380B true CN110872380B (zh) 2021-01-26

Family

ID=69714343

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811000764.5A Active CN110872380B (zh) 2018-08-30 2018-08-30 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110872380B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113543523B (zh) * 2020-04-15 2023-01-03 中国科学院化学研究所 一种基板孔处理方法及其应用
CN113543524B (zh) * 2020-04-15 2023-01-03 中国科学院化学研究所 一种基材表面处理方法及其应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102352035A (zh) * 2011-09-25 2012-02-15 河南科技大学 一种铸型尼龙复合材料
CN102942694A (zh) * 2012-10-17 2013-02-27 河南科技大学 一种含油铸型尼龙复合材料
CN104959050A (zh) * 2015-04-29 2015-10-07 北京天恒盛通科技发展有限公司 高分散高稳定高浓度高产率的石墨烯分散液及其制备方法
CN105622929A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其制备方法
CN105870451A (zh) * 2016-05-13 2016-08-17 超威电源有限公司 一种铅酸蓄电池用石墨烯分散液及其制备工艺
CN106542527A (zh) * 2017-01-06 2017-03-29 成都新柯力化工科技有限公司 一种机械剥离分级制备石墨烯微片分散液的方法
CN107057058A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 杭州高烯科技有限公司 一种石墨烯/浇铸尼龙复合材料及其制备方法
CN107151321A (zh) * 2017-06-06 2017-09-12 湖南工业大学 一种氟化石墨烯/mc尼龙复合材料及其制备方法和应用

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102352035A (zh) * 2011-09-25 2012-02-15 河南科技大学 一种铸型尼龙复合材料
CN102942694A (zh) * 2012-10-17 2013-02-27 河南科技大学 一种含油铸型尼龙复合材料
CN105622929A (zh) * 2014-11-06 2016-06-01 合肥杰事杰新材料股份有限公司 一种浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其制备方法
CN104959050A (zh) * 2015-04-29 2015-10-07 北京天恒盛通科技发展有限公司 高分散高稳定高浓度高产率的石墨烯分散液及其制备方法
CN105870451A (zh) * 2016-05-13 2016-08-17 超威电源有限公司 一种铅酸蓄电池用石墨烯分散液及其制备工艺
CN106542527A (zh) * 2017-01-06 2017-03-29 成都新柯力化工科技有限公司 一种机械剥离分级制备石墨烯微片分散液的方法
CN107057058A (zh) * 2017-05-03 2017-08-18 杭州高烯科技有限公司 一种石墨烯/浇铸尼龙复合材料及其制备方法
CN107151321A (zh) * 2017-06-06 2017-09-12 湖南工业大学 一种氟化石墨烯/mc尼龙复合材料及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"In situ intercalation polymerization approach to polyamide-6/graphite nanoflakes for enhanced thermal conductivity";MENG Fanbin等;《Composites Part B》;20140304;第117卷;165-173 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110872380A (zh) 2020-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gao et al. High-efficiency electromagnetic interference shielding realized in nacre-mimetic graphene/polymer composite with extremely low graphene loading
Jiang et al. Synergistic effect of functionalized graphene/boron nitride on the thermal conductivity of polystyrene composites
Ma et al. Through-plane assembly of carbon fibers into 3D skeleton achieving enhanced thermal conductivity of a thermal interface material
Li et al. Thermally conductive polyvinyl alcohol composite films via introducing hetero-structured MXene@ silver fillers
Liang et al. External field-assisted techniques for polymer matrix composites with electromagnetic interference shielding: a review
Tu et al. Superior strength and highly thermoconductive cellulose/boron nitride film by stretch-induced alignment
Antunes et al. Carbon materials in composite bipolar plates for polymer electrolyte membrane fuel cells: A review of the main challenges to improve electrical performance
Zhang et al. Constructing dual thermal conductive networks in electrospun polyimide membranes with highly thermally conductivity but electrical insulation properties
CN110872380B (zh) 一种石墨烯/mc尼龙纳米复合材料及其制备方法
CN108183223A (zh) 一种碳纳米管、石墨烯和导电炭黑复配的导电浆料及其制备方法
CN106317407A (zh) 一种聚酰亚胺气凝胶及其杂化气凝胶的制备方法
CN101928457A (zh) 一种碳基纳米浇铸尼龙复合材料及其原位聚合制备方法
CN102786815A (zh) 氮化硼粉体表面改性的方法、改性氮化硼及聚合物复合材料
CN111925630B (zh) 高强电磁屏蔽及导热pbt/pet纳米复合材料及制备方法
CN108117913B (zh) 一种球形石墨烯润滑添加剂的制备方法和用途
CN103665866A (zh) 石墨烯聚酰亚胺复合薄膜的制备方法
Min et al. Preparation and tribological properties of polyimide/carbon sphere microcomposite films under seawater condition
CN106118018A (zh) 一种高性能聚苯醚/石墨烯纳米复合材料制备方法
CN111072952A (zh) 一种高耐磨MC尼龙/MXene纳米复合材料及其原位聚合制备方法
CN105060268A (zh) 一种碳纳米管微球的制备方法
CN110684512B (zh) 一种高导热球型磺化聚醚醚酮/石墨核壳结构填料及其制备方法
CN111117155A (zh) 一种石墨烯/环氧树脂复合材料的制备方法
KR20120084373A (ko) 그래핀옥사이드-폴리비닐알콜 복합체를 함유하는 그래핀 필름 및 그 제조방법
CN113308088A (zh) 一种双网络石墨烯环氧复合材料及其制备方法
Fu et al. Three dimensional nylon66@ carbon nanotube aerogel: a platform for high-performance electromagnetic wave absorbing composites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant