CN111995811B - 石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 - Google Patents
石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111995811B CN111995811B CN202010824003.2A CN202010824003A CN111995811B CN 111995811 B CN111995811 B CN 111995811B CN 202010824003 A CN202010824003 A CN 202010824003A CN 111995811 B CN111995811 B CN 111995811B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molecular weight
- high molecular
- weight polyethylene
- graphene
- parts
- 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
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 133
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 121
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 104
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 19
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 79
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 62
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000003607 modifier Substances 0.000 claims abstract description 27
- 239000002667 nucleating agent Substances 0.000 claims abstract description 27
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 36
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 34
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 34
- 238000010008 shearing Methods 0.000 claims description 28
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 claims description 16
- -1 polyethylene Polymers 0.000 claims description 16
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 claims description 16
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 11
- 239000001993 wax Substances 0.000 claims description 11
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 claims description 8
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 claims description 8
- 239000007822 coupling agent Substances 0.000 claims description 7
- QVBODZPPYSSMEL-UHFFFAOYSA-N dodecyl sulfate;2-hydroxyethylazanium Chemical compound NCCO.CCCCCCCCCCCCOS(O)(=O)=O QVBODZPPYSSMEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000006087 Silane Coupling Agent Substances 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 5
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 claims description 4
- 239000005662 Paraffin oil Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L adipate(2-) Chemical compound [O-]C(=O)CCCCC([O-])=O WNLRTRBMVRJNCN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 4
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 4
- 239000003921 oil Substances 0.000 claims description 4
- UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M phosphonate Chemical compound [O-]P(=O)=O UEZVMMHDMIWARA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N Octadecylamine Chemical compound CCCCCCCCCCCCCCCCCCN REYJJPSVUYRZGE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims description 3
- 150000004645 aluminates Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000012948 isocyanate Substances 0.000 claims description 3
- 150000002513 isocyanates Chemical class 0.000 claims description 3
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 3
- 239000000454 talc Substances 0.000 claims description 3
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 claims description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 claims description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 claims description 2
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 claims description 2
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 claims description 2
- 229940069822 monoethanolamine lauryl sulfate Drugs 0.000 claims description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 abstract description 2
- 235000006708 antioxidants Nutrition 0.000 description 28
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 28
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 25
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 23
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 18
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 18
- 238000005469 granulation Methods 0.000 description 13
- 230000003179 granulation Effects 0.000 description 13
- ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N Phosphorous acid Chemical compound OP(O)=O ABLZXFCXXLZCGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 10
- 238000005453 pelletization Methods 0.000 description 10
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 8
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 8
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- GVJHHUAWPYXKBD-UHFFFAOYSA-N (±)-α-Tocopherol Chemical compound OC1=C(C)C(C)=C2OC(CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C)(C)CCC2=C1C GVJHHUAWPYXKBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxomagnesium;hydrate Chemical compound O.[Mg]=O.[Mg]=O.[Mg]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Si]=O FPAFDBFIGPHWGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 230000007306 turnover Effects 0.000 description 5
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 4
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 229930003427 Vitamin E Natural products 0.000 description 3
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 3
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 3
- WIGCFUFOHFEKBI-UHFFFAOYSA-N gamma-tocopherol Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC1CCC2C(C)C(O)C(C)C(C)C2O1 WIGCFUFOHFEKBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 3
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011709 vitamin E Substances 0.000 description 3
- 235000019165 vitamin E Nutrition 0.000 description 3
- 229940046009 vitamin E Drugs 0.000 description 3
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920010126 Linear Low Density Polyethylene (LLDPE) Polymers 0.000 description 2
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N Phenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1 ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 125000003438 dodecyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002530 phenolic antioxidant Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 235000012222 talc Nutrition 0.000 description 2
- 241001391944 Commicarpus scandens Species 0.000 description 1
- 229920001875 Ebonite Polymers 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012752 auxiliary agent Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 description 1
- 150000001723 carbon free-radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012377 drug delivery Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000001804 emulsifying effect Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 229920006253 high performance fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 230000001050 lubricating effect Effects 0.000 description 1
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000010094 polymer processing Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000006254 rheological additive Substances 0.000 description 1
- 229910021487 silica fume Inorganic materials 0.000 description 1
- RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M sodium octadecanoate Chemical compound [Na+].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O RYYKJJJTJZKILX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
- C08L23/06—Polyethene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2217—Oxides; Hydroxides of metals of magnesium
- C08K2003/222—Magnesia, i.e. magnesium oxide
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/002—Physical properties
- C08K2201/003—Additives being defined by their diameter
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/02—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
- C08L2205/025—Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2205/00—Polymer mixtures characterised by other features
- C08L2205/03—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend
- C08L2205/035—Polymer mixtures characterised by other features containing three or more polymers in a blend containing four or more polymers in a blend
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
- C08L2207/06—Properties of polyethylene
- C08L2207/062—HDPE
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
- C08L2207/06—Properties of polyethylene
- C08L2207/066—LDPE (radical process)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2207/00—Properties characterising the ingredient of the composition
- C08L2207/06—Properties of polyethylene
- C08L2207/068—Ultra high molecular weight polyethylene
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
Abstract
本发明公开了石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。该石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料包括:40~80份的超高分子量聚乙烯、1~30份的石墨烯、1~20份的第二填料、10~20份的流动改性剂、0.1~1份的表面改性剂、1~5份的成核剂、0.1~1份的抗氧剂。该复合材料通过采用石墨烯等填料对超高分子量聚乙烯进行改性,可以显著提高复合材料的热传导能力、耐高温性能和耐磨损性能,且该复合材料的制备方法简单、可实现连续生产。
Description
技术领域
本发明涉及碳纳米复合材料技术领域,具体而言,本发明涉及石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)是一种分子量大于150万的无支链线性聚乙烯,具有优异的综合性能热塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯具有硬度低、弹性模量小、极高耐摩擦性、耐腐蚀性和良好自润滑性等优异性能,在高性能纤维、轻质复合材料、航空航天、防御装备等方面具有极大的优势和重要作用。但由于其具有较长的分子链结构,熔融分子链之间容易发生缠结,熔体粘度高对热剪切不敏感,容易造成熔体破裂、不耐高温、导热性能较差,容易磨擦生热对材料力学性能产生影响、流动性差、加工困难等劣势。为满足超高分子量聚乙烯在其他领域的应用,需要对其进行改性。
专利CN103450537A提供一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法,将超高分子量聚乙烯与石墨烯粉末高速搅拌混合,将混合颗粒再180~240℃下预热5~10分钟后在10MPa压力下热压30分钟,制得超高分子量聚乙烯/石墨烯材料,但专利中未对石墨烯进行改性,产品易发生团聚,稳定性差。专利CN108315833A提供一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法,将树脂与填料分散在溶剂中制得分散液,再对石墨烯粉料进行乳化处理得到石墨烯分散液,将两种分散液混合均匀进行纺丝等工艺制得复合纤维,获得具有较高强力的功能型复合超高分子量聚乙烯,但操作步骤工艺复杂,再多种工序中涉及到试剂使用,不利于环保节能的发展,耐热性能提高不显著。
石墨烯是一种二维晶体,由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料,是强度最高的材料之一,具有优异的光学、电学、力学、热传导等特性,在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。但石墨烯表面能较高,团聚现象比较明显,在聚合物加工中出现团聚,应力集中等缺陷。需要改进纳米填料的分散技术、处理方法和加工工艺,拓展石墨烯等导热填料在导热材料开发及加工中应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。该复合材料通过采用石墨烯等填料对超高分子量聚乙烯进行改性,可以显著提高复合材料的热传导能力、耐高温性能和耐磨损性能,且复合材料制备方法简单、可实现连续生产。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。根据本发明的实施例,该石墨烯改性超高分子量复合材料包括:40~80份的超高分子量聚乙烯、1~30份的石墨烯、1~20份的第二填料、10~20份的流动改性剂、0.1~1份的表面改性剂、1~5份的成核剂、0.1~1份的抗氧剂。
发明人在研究中发现,超高分子量聚乙烯导热系数较低,容易摩擦生热,导致材料温度升高发生内部结构的蠕变和力学强度疲劳,影响材料的力学性能;另一方面,石墨烯作具有优良的自润滑、导热和力学性能,但石墨烯与超高分子量聚乙烯基体之间的界面相容性和结合强度较差,单独的石墨烯添加对超高分子量聚乙烯基体材料的导热、力学性能和耐磨损性能提高不显著。本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料通过采用纳米级填料(石墨烯、第二填料)进行改性,可以显著提高超高分子量聚乙烯的热传导能力和耐高温性能,石墨烯等纳米填料同时也具有润滑效果,可提高超高分子量聚乙烯的流动性。由此,本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料具有优秀的热传导能力、耐高温性能和耐磨损性能,且其中填料分散均匀、颗粒大小均匀,具有良好的加工性能,可进一步经模压、注塑等工艺制备所需样品,避免溶剂法等制备工艺产生的环保和经济问题,避免多次加工造成的性能下降问题。该石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料在国防军需领域(如用于导弹罩、雷达防护外壳)、航空工程领域(如用于机翼、翼尖、飞船结构件)具有广阔的应用前景。
另外,根据本发明上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述超高分子量聚乙烯的分子量为300万~600万。
在本发明的一些实施例中,所述石墨烯的最大径向尺寸为5~25μm,厚度为5~20nm。
在本发明的一些实施例中,所述第二填料选自碳化硅、碳纤维、玻璃空心微球、玻璃纤维、氧化镁、碳纳米管、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨中的至少之一。
在本发明的一些实施例中,所述流动改性剂选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙烯蜡、白油、硬脂酸盐、氧化聚乙烯、石蜡油、聚乙二醇中的至少之一。
在本发明的一些实施例中,所述表面改性剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、十二烷基硫酸单乙醇胺、十八烷基胺、异氰酸酯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中,所述成核剂选自滑石粉、硅石灰、苯甲酸、苯甲酸盐、己二酸盐、硬脂酸盐、有机膦酸盐中的至少之一。
在本发明的一些实施例中,所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂、酚类抗氧剂、维生素E抗氧剂中的至少之一。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种制备上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:(1)按照预定比例,将石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂供给至混合设备进行混合处理,得到预分散混合填料;(2)将所述预分散混合填料供给至第一熔融共混设备中进行第一熔融共混,得到第一熔融共混物料;将所述第一熔融共混物料供给至剪切设备中进行剪切处理,得到混合填料颗粒;(3)按照预定比例,将所述混合填料颗粒与超高分子量聚乙烯、成核剂供给至第二熔融共混设备中进行第二熔融共混,得到石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。
根据本发明上述实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法,首先将石墨烯等填料进行初步混合,得到分散均匀的石墨烯填料共混物,然后将石墨烯填料共混物通过熔融共混工艺和剪切造粒工艺制成石墨烯填料共混物颗粒,再将石墨烯填料共混物颗粒与超高分子量聚乙烯和成核剂进行熔融共混,从而可以提高石墨烯与超高分子量聚乙烯的界面相容性,获得高性能的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。此外,发明人在研究中发现,如果直接将超高分子量聚乙烯、成核剂与石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂进行熔融共混,会导致石墨烯在聚合物基体中分散不均匀,多处出现应力集中点且超高分子量聚乙烯与石墨烯界面作用较弱,导热效果不佳。
另外,根据本发明上述实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征:
在本发明的一些实施例中,所述混合设备为高速混合机、V型混合机、立式混料机、卧式混料机、倒锥形混合机或球磨机。
在本发明的一些实施例中,所述混合处理中采用的转速为200~2000rpm。
在本发明的一些实施例中,所述混合处理进行的时间为5~30min。
在本发明的一些实施例中,所述第一熔融共混设备为密炼机。
在本发明的一些实施例中,所述第一熔融共混在160~170℃下进行20~40min完成。
在本发明的一些实施例中,所述剪切设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式双螺杆挤出机。
在本发明的一些实施例中,所述剪切处理在170~190℃下进行10~30min完成。
在本发明的一些实施例中,所述第二熔融共混设备为单螺杆挤出机、柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤出机。
在本发明的一些实施例中,所述第二熔融共混在180~220℃下进行15~40min完成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的,按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面,本发明提出了一种石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。根据本发明的实施例,该石墨烯改性超高分子量复合材料包括:40~80份的超高分子量聚乙烯、1~30份的石墨烯、1~20份的第二填料、10~20份的流动改性剂、0.1~1份的表面改性剂、1~5份的成核剂、0.1~1份的抗氧剂。
具体的,在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,超高分子量聚乙烯的具体份数可以为40、45、50、60、65、70、75、80等,石墨烯的具体份数可以为1、5、10、15、20、25、30等,第二填料的具体份数可以为1、5、10、15、20等,流动改性剂的具体份数可以为10、12、15、18、20等,表面改性剂的具体份数可以为0.1、0.3、0.5、0.8、1等,成核剂的具体份数可以为1、1.5、2、2.5、3、4、5等,抗氧剂的具体份数可以为0.1、0.3、0.5、0.8、1等。另外,如没有特别说明,上述份数指质量份。
下面进一步对根据本发明实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料进行详细描述。
根据本发明的一些实施例,上述超高分子量聚乙烯的分子量可以为300万~600万,例如300万、400万、500万、600万等。由此,可以进一步提高产品的综合性能。
根据本发明的一些实施例,上述石墨烯的最大径向尺寸可以为5~25μm,厚度可以为5~20nm。具体的,石墨烯的最大径向尺寸可以为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm等,厚度可以为5nm、10nm、15nm、20nm等。发明人在研究中发现,大尺寸的石墨烯在少量添加的情况下就可以达到导热阈值,小尺寸的石墨烯则需要在添加量较大的情况下才能达到导热阈值,随着添加量的增大,石墨烯易发生团聚,产生应力集中、导热性能下降。另一方面,石墨烯厚度越小,比表面积越大,但厚度过小的石墨烯体系粘度大,无法制备高添加量的石墨烯改性复合材料,进而无法达到导热阈值。石墨烯的厚度过大,则会影响其本身的导热性能,作为填料添加到聚合物中会降低复合材料的导热性能。通过采用上述径向尺寸和厚度的石墨烯,可以进一步提高复合材料的导热性能。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,第二填料可以用于提高石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学强度,并与石墨烯发生杂化,进一步提高复合材料的导热性能。根据本发明的一些实施例,所述第二填料可以选自碳化硅、碳纤维、玻璃空心微球、玻璃纤维、氧化镁、碳纳米管、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨中的至少之一。第二填料的用量过少,对超高分子量聚乙烯的力学性能、耐磨损性能和导热性能的提升不明显;第二填料的用量过高,容易形成应力集中点,导致其只能对聚合物起到填充的作用,而无法与石墨烯填料协同作用以提高复合物的导热性能。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,流动改性剂(也可称为润滑剂、流变助剂)可用于通过改善分子链之间的润滑性,来提高超高分子量聚乙烯的流动性和加工性能。根据本发明的一些实施例,上述流动改性剂可以选自线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯蜡、白油、硬脂酸盐、氧化聚乙烯、石蜡油、聚乙二醇中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,表面改性剂可用于改善石墨烯与超高分子量聚乙烯之间的界面作用力、以及流动改性剂与超高分子量聚乙烯之间的界面作用力,提高石墨烯与超高分子量聚乙烯之间的相容性。根据本发明的一些实施例,上述表面改性剂可以选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、十二烷基硫酸单乙醇胺、十八烷基胺、异氰酸酯中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,成核剂可用于改善石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能,对于未加成核剂的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料,冷却过程中会形成较大的球晶,球晶之间存在着明显的由分子链排布造成的内应力界面,在受到外力时球晶界面容易破碎,产生裂纹,导致复合材料的力学性能下降。根据本发明的一些实施例,上述成核剂可以选自滑石粉、硅石灰、苯甲酸、苯甲酸盐、己二酸盐、硬脂酸盐、有机膦酸盐中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中,抗氧剂可通过捕捉聚合物中老化产生的含氧自由基和碳自由基,从而缓热或终止氧老化的化合物产生,在聚合物中加入少量的抗氧剂,可延缓或抑制聚合物的氧化过程,从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。抗氧剂在添加量过多时会缓慢迁移到材料表面,形成白色粉末产生“喷雾”现象,影响材料的使用。根据本发明的一些实施例,上述抗氧剂可以选自亚磷酸酯类抗氧剂、酚类抗氧剂、维生素E抗氧剂中的至少之一。
在本发明的另一方面,本发明提出了一种制备上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法。根据本发明的实施例,该方法包括:(1)按照预定比例,将石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂供给至混合设备进行混合处理,得到预分散混合填料;(2)将预分散混合填料供给至第一熔融共混设备中进行第一熔融共混,得到第一熔融共混物料;将第一熔融共混物料供给至剪切设备中进行剪切处理,得到混合填料颗粒;(3)按照预定比例,将混合填料颗粒与超高分子量聚乙烯、成核剂供给至第二熔融共混设备中进行第二熔融共混,得到石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。
下面进一步对根据本发明实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法进行详细描述。
根据本发明的一些实施例,上述混合设备可以为高速混合机、V型混合机、立式混料机、卧式混料机、倒锥形混合机或球磨机。通过采用上述混合设备,可以在离心、高剪切作用下将石墨烯等填料高均匀混合。
根据本发明的一些实施例,上述混合处理中采用的转速可以为200~2000rpm(例如200rpm、500rpm、800rpm、1200rpm、1500rpm、1800rpm、2000rpm等),进行的时间可以为5~30min(例如5min、10min、15min、20min、25min、30min等),混合温度可以为室温。如果混合时间过短,会导致混合不均匀;如果混合时间过长或转速过高,会造成共混体系温度升高,导致添加助剂挥发。
根据本发明的一些实施例,上述第一熔融共混设备可以为密炼机,上述第一熔融共混可以在160~170℃下进行20~40min完成。如果熔融共混时间(密炼时间)过短,共混物中粉料与熔融物共混不充分,时间过长,则物料粘度增大,可能抱死转动轴。
根据本发明的一些实施例,上述剪切设备可以为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式双螺杆挤出机,上述剪切处理可以在170~190℃下进行10~30min完成。上述剪切处理时间指物料在剪切设备螺杆中的停留时间,如果处理时间过短或处理温度过低,最终制备得到的复合材料颗粒混合效果差,性能下降;如果处理时间过短或处理温度过高,产品易发生老化,粘度增大,不利于加工。
根据本发明的一些实施例,上述第二熔融共混设备可以为单螺杆挤出机、柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤出机,上述第二熔融共混可以在180~220℃下进行15~40min完成。上第二熔融共混时间指物料在第二熔融共混设备螺杆中停留的时间,如果熔融共混时间过短,物料混合不均匀;如果熔融共混时间过长,会造成物料粘度增大,甚至发生老化。如果熔融共混温度过低,共混物不能完全熔融,共混分散效果差,挤出切粒困难;如果熔融共混温度过高,会导致共混物粘度增大、加工困难,填料共混物体系分散不均匀,严重时熔融共混设备电流过载造成短路。
根据本发明的一些实施例,物料可通过锥双喂料机给入第二熔融共混设备。
下面参考具体实施例,对本发明进行描述,需要说明的是,这些实施例仅仅是描述性的,而不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S11:将3份石墨烯、5份氧化镁、15份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中,在室温下混合20min,转速1000rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S12:将S11得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为180~190℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S13:将S12得到的混合填料颗粒与3份的己二酸盐成核剂、72.2份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间30min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例2
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S21:将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中,在室温下混合20min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S22:将S21得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S23:将S22得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例3
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S31:将10份石墨烯、3份玻璃纤维、2份玻璃微珠、15份高密度聚乙烯(HDPE)、0.5份聚石蜡油、0.2份钛酸酯偶联剂、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂、0.3份酚类抗氧剂加入高速混合机中,在室温下混合20min,转速500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S32:将S31得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为180~190℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S33:将S32得到的混合填料颗粒与1.5份的苯甲酸成核剂、67.2份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入柱塞式挤出机挤出造粒,其中柱塞式挤出机温度为190~210℃,物料在挤出机中停留时间20min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例4
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S41:将8份石墨烯、8份碳化硅、10份线性低密度聚乙烯(LLDPE)、2份白油、1份聚乙烯蜡、0.2份硅烷偶联剂、0.4份维生素E抗氧剂加入球磨机中,在室温下混合30min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S42:将S41得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S43:将S42得到的混合填料颗粒与4份的硬脂酸钠成核剂、67.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入复式双螺杆挤出机挤出造粒,其中复式双螺杆挤出机温度为200~210℃,物料在挤出机中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例5
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S51:将12份石墨烯、2份碳纳米管、9份低密度聚乙烯(LDPE)、2份硬脂酸盐、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂、0.2份酚类抗氧剂加入立式混料机中,在室温下混合40min,转速800rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S52:将S51得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S53:将S52得到的混合填料颗粒与1.5份的滑石粉成核剂、71.7份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为170~180℃,物料在挤出机中停留时间20min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例6
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S61:将1份石墨烯、3份超细石墨、2份碳纤维、10份高密度聚乙烯(HDPE)、1份氧化聚乙烯、0.4份硅烷偶联剂、0.6份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中,在室温下混合30min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S62:将S61得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的密炼机中剪切密炼25min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S63:将S62得到的混合填料颗粒与2份的有机膦酸盐成核剂、80份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入双螺杆挤出机挤出造粒,其中双螺杆挤出机温度为200~210℃,物料在挤出机中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例7
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S71:将30份石墨烯、15份玻璃空心微球、9份低密度聚乙烯(LDPE)、2份聚乙烯蜡、0.2份硅烷偶联剂、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中,在室温下混合25min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
S72:将S71得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼25min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~190℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S73:将S72得到的混合填料颗粒与3.5份的硅石灰成核剂、40份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入双螺杆挤出机挤出造粒,其中双螺杆挤出机温度为200~210℃,物料在挤出机中停留时间35min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例1
对比内容:改变制备工艺,去掉原料预混步骤。
D11:将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D12:将D11得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例2
对比内容:改变制备工艺,去掉第一熔融共混和剪切处理步骤。
D21:将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中,在室温下混合20min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
D22:将D11得到的高均匀分散混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例3
对比内容:不使用成核剂。
D31:将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中,在室温下混合20min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
D32:将D31得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D33:将D32得到的混合填料颗粒与66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例4
对比内容:不使用石墨烯,只使用第二填料。
D41:将20份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中,在室温下混合20min,转速1500rpm,获得高均匀分散的混合填料。
D42:将D41得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min,获得团状混合物,将团状混合物加到温度为170~180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D43:将D42得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒,其中单螺杆挤出机温度为190~200℃,物料在螺杆中停留时间25min,获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
测试例
实施例1~7、对比例1~4的复合材料中各组分的质量比如表1所示。
表1.石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中各组分的质量比
将挤出造粒的最终石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒在80℃下干燥2~4h,按照GB/T2918-1998塑料试样状态调节和试验的标准环境对试样调节后进行如下测试:
(1)导热系数:将注塑得尺寸为10cm*10cm*6mm石墨烯改性超高分子量聚乙烯板材试样,按照GB/T 10297-2015中热线法进行测定;
(2)邵氏硬度:按照GB/T2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)进行测定;
(3)力学性能:按照GB/T 1040.1-2018塑料拉伸性能的测定第1部分:总则进行测定;
(4)耐高温性能:按照GB/T1633-2000热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定进行测试;
(5)耐磨损性能:按照GB/T 3960-2016塑料滑动摩擦磨损试验方法进行测试。
测试结果如表2所示:
表2.石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料各项性能测试结果
测试结果表明,根据本发明实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料在热传导能力、耐高温性能、耐耐磨损性能方面具有优秀的表现。相对于实施例2,对比例1去掉了原料预混步骤,对比例2去掉第一熔融共混和剪切处理步骤,所得复合材料的导热系数下降,且动摩擦系数升高;对比例3不使用成核剂,产品力学性能下降;对比例4不使用石墨烯,产品导热系数明显下降,第二填料在导热性能方面并不能发挥与石墨烯相近的效果,且第二填料与石墨烯可以通过协同作用,进一步提高复合材料的导热性能。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法,其特征在于,包括:
(1)按照预定比例,将石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂供给至混合设备进行混合处理,得到预分散混合填料;
(2)将所述预分散混合填料供给至第一熔融共混设备中进行第一熔融共混,得到第一熔融共混物料;将所述第一熔融共混物料供给至剪切设备中进行剪切处理,得到混合填料颗粒;
(3)按照预定比例,将所述混合填料颗粒与超高分子量聚乙烯、成核剂供给至第二熔融共混设备中进行第二熔融共混,得到所述石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料,
所述第一熔融共混在160~170℃下进行20~40min完成;
所述剪切处理在170~190℃下进行10~30min完成;
所述石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料包括:
40~80份的超高分子量聚乙烯、1~30份的石墨烯、1~20份的第二填料、10~20份的流动改性剂、0.1~1份的表面改性剂、1~5份的成核剂、0.1~1份的抗氧剂,
所述第二填料选自玻璃空心微球和玻璃纤维中的至少之一。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述超高分子量聚乙烯的分子量为300万~600万。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述石墨烯的最大径向尺寸为5~25μm,厚度为5~20nm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述流动改性剂选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙烯蜡、白油、硬脂酸盐、氧化聚乙烯、石蜡油、聚乙二醇中的至少之一。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述表面改性剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、十二烷基硫酸单乙醇胺、十八烷基胺、异氰酸酯中的至少之一。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述成核剂选自滑石粉、硅石灰、苯甲酸、苯甲酸盐、己二酸盐、硬脂酸盐、有机膦酸盐中的至少之一。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合设备为高速混合机、V型混合机、立式混料机、卧式混料机、倒锥形混合机或球磨机。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合处理中采用的转速为200~2000rpm。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述混合处理进行的时间为5~30min。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一熔融共混设备为密炼机。
11.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述剪切设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式双螺杆挤出机。
12.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二熔融共混设备为单螺杆挤出机、柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤出机。
13.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二熔融共混在180~220℃下进行15~40min完成。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010824003.2A CN111995811B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202010824003.2A CN111995811B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111995811A CN111995811A (zh) | 2020-11-27 |
CN111995811B true CN111995811B (zh) | 2024-02-06 |
Family
ID=73472441
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010824003.2A Active CN111995811B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN111995811B (zh) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112480520A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-03-12 | 临海伟星新型建材有限公司 | 一种高抗冲击、高抗生物污损及高耐磨的船用塑料管道及其制备方法 |
CN112961420B (zh) * | 2021-02-08 | 2022-12-16 | 南通第六元素材料科技有限公司 | 一种托辊用石墨烯改性高密度聚乙烯复合材料及其制备方法 |
CN112980076A (zh) * | 2021-02-18 | 2021-06-18 | 南通第六元素材料科技有限公司 | 一种托辊用石墨烯耐磨pe复合材料及其制备方法 |
CN113235177B (zh) * | 2021-05-24 | 2021-12-28 | 嘉兴市新丰特种纤维有限公司 | 一种pp/pe低熔点复合纤维制备工艺及装置 |
CN115434028A (zh) * | 2021-06-01 | 2022-12-06 | 江苏锵尼玛新材料股份有限公司 | 一种抗菌纤维材料及其制备方法 |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130088251A (ko) * | 2012-01-31 | 2013-08-08 | 신일화학공업(주) | 열전도성 복합소재 조성물 및 그 제조방법 |
CN106117756A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-11-16 | 上海化工研究院 | 一种注塑级超高分子量聚乙烯的制备方法 |
CN106255238A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-12-21 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 一种石墨烯电热材料及其应用 |
CN106867076A (zh) * | 2017-02-15 | 2017-06-20 | 九江学院 | 一种矿用石墨烯增强超高分子量聚乙烯双抗管材制备方法 |
CN108250561A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 武汉金发科技有限公司 | 一种玻璃纤维和石墨烯杂化填料填充聚丙烯复合材料及其制备方法 |
CN110003521A (zh) * | 2018-01-05 | 2019-07-12 | 新奥石墨烯技术有限公司 | 导热填料、导热复合材料和散热器 |
CN110078996A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-02 | 杭州久阳塑胶管业有限公司 | 煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法 |
CN111073116A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 新奥(内蒙古)石墨烯材料有限公司 | 石墨烯改性复合材料及其制备方法和应用 |
CN111117041A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-08 | 江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院有限公司 | 石墨烯改性阻氧聚乙烯母粒及其制备方法及其应用 |
CN111234386A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-06-05 | 新奥(内蒙古)石墨烯材料有限公司 | 塑料母粒及其制备方法和应用 |
WO2020119472A1 (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 金发科技股份有限公司 | 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-17 CN CN202010824003.2A patent/CN111995811B/zh active Active
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20130088251A (ko) * | 2012-01-31 | 2013-08-08 | 신일화학공업(주) | 열전도성 복합소재 조성물 및 그 제조방법 |
CN106255238A (zh) * | 2016-02-04 | 2016-12-21 | 济南圣泉集团股份有限公司 | 一种石墨烯电热材料及其应用 |
CN106117756A (zh) * | 2016-08-05 | 2016-11-16 | 上海化工研究院 | 一种注塑级超高分子量聚乙烯的制备方法 |
CN108250561A (zh) * | 2016-12-29 | 2018-07-06 | 武汉金发科技有限公司 | 一种玻璃纤维和石墨烯杂化填料填充聚丙烯复合材料及其制备方法 |
CN106867076A (zh) * | 2017-02-15 | 2017-06-20 | 九江学院 | 一种矿用石墨烯增强超高分子量聚乙烯双抗管材制备方法 |
CN110003521A (zh) * | 2018-01-05 | 2019-07-12 | 新奥石墨烯技术有限公司 | 导热填料、导热复合材料和散热器 |
WO2020119472A1 (zh) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | 金发科技股份有限公司 | 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 |
CN110078996A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-02 | 杭州久阳塑胶管业有限公司 | 煤矿用自润滑型高密度聚乙烯管材及其制备方法 |
CN111073116A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-28 | 新奥(内蒙古)石墨烯材料有限公司 | 石墨烯改性复合材料及其制备方法和应用 |
CN111117041A (zh) * | 2020-01-15 | 2020-05-08 | 江苏新奥碳纳米材料应用技术研究院有限公司 | 石墨烯改性阻氧聚乙烯母粒及其制备方法及其应用 |
CN111234386A (zh) * | 2020-03-10 | 2020-06-05 | 新奥(内蒙古)石墨烯材料有限公司 | 塑料母粒及其制备方法和应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111995811A (zh) | 2020-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111995811B (zh) | 石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法 | |
CN106317547B (zh) | 一种挤出成型用超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 | |
CN109111736B (zh) | 一种耐摩擦的抗老化增强尼龙及制备方法 | |
CN110982258A (zh) | 一种无浮纤高玻纤增强尼龙材料及其制备方法 | |
CN104151706A (zh) | 一种聚丙烯复合材料及其制备方法 | |
CN102850663A (zh) | 一种耐低温无规共聚聚丙烯材料、制备方法及其应用 | |
WO2013111862A1 (ja) | 導電性樹脂用マスターバッチの製造方法およびマスターバッチ | |
CN104387761A (zh) | 高导热聚酰胺复合材料及其制备方法 | |
CN103483801A (zh) | 一种热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法 | |
CN115216130A (zh) | 高导电、高平整度且低微气孔的碳纳米管改性聚碳酸酯复合材料及其制备方法和制品 | |
CN113717453A (zh) | 托辊用石墨烯导电高分子复合材料、制备方法及应用 | |
CN101985501A (zh) | 挤出级超高分子量聚乙烯/高密度聚乙烯/凹凸棒石预凝胶复合材料的制备方法 | |
WO2006025555A1 (en) | Electrically conductive composites with resin and vgcf, production process, and use thereof | |
CN112980076A (zh) | 一种托辊用石墨烯耐磨pe复合材料及其制备方法 | |
CN1847299A (zh) | 可用于挤出成型的超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 | |
CN112266549A (zh) | 石墨烯增强硬质pvc导热复合材料及其制备方法 | |
CN104262976A (zh) | 一种气密性增进剂及其制备方法与应用 | |
CN1244626C (zh) | 低粘度超高分子量聚乙烯组合物及其制备方法 | |
CN115678196A (zh) | 基于液态金属增韧的高分子复合材料及其制备方法 | |
CN111748154A (zh) | 一种高性能增强聚丙烯复合材料 | |
Zheng et al. | Mechanical properties of low-density polyethylene/nano-magnesium hydroxide composites prepared by an in situ bubble stretching method | |
CN109943065B (zh) | 一种高摩擦系数的聚酰胺材料及其制备方法和用途 | |
CN1256368C (zh) | 辐照技术提高超高分子量聚乙烯加工流动性的方法 | |
CN114716763A (zh) | 一种耐老化导电聚丙烯功能材料及其制备方法 | |
CN113736164A (zh) | 石墨烯pe导热复合材料、制备方法及应用 |
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 | ||
TA01 | Transfer of patent application right | ||
TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20230625 Address after: 065000 Huaxiang Road, Langfang Economic and Technological Development Zone, Langfang City, Hebei Province Applicant after: XINAO GROUP Co.,Ltd. Address before: 065001 East Huaxiang Road, North Hongrun Road, Langfang Economic and Technological Development Zone, Hebei Province Applicant before: ENN GRAPHENE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |