[发明专利]氧化石墨烯增强尼龙材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种尼龙材料及其制备方法和在3D打印中的应用，具体涉及一种氧化石墨烯增强尼龙材料及其制备方法和在3D打印中的应用。

背景技术

3D打印，又称增材制造，是近20年来制造领域中的一个革命性的技术突破，已广泛应用于航空、航天、医疗、汽车、建筑等领域，然而，材料成为制约3D打印快速发展的一个重要因素。目前，可用于3D打印的高分子材料主要有尼龙、光敏树脂、聚乳酸、聚碳酸酯、ABS等。相对于其它材料而言，尼龙材料因为具有坚韧、耐磨、耐溶、耐油等优异性能，而广泛应用于汽车行业和电动工具行业中的各种壳体、管道、垫片、叶片、把手等零件的3D打印制造。现有可用于3D打印的尼龙材料主要是尼龙12，但是，3D打印制造的产品拉伸强度只有48MPa左右，比采用注塑工艺制造的产品性能要低5％左右。如果3D打印尼龙产品的力学性能能更高一些，其应用领域将会更为广阔。对尼龙材料进行掺杂增强是提高现有尼龙材料产品力学性能的一个有效途径。

CN102311637A公开了一种用于选择性激光烧结的玻璃微珠增强尼龙复合材料及其制备方法，玻璃微珠的质量含量为5～15％。

CN103951971A公开了一种用于选择性激光烧结的碳纤维增强尼龙粉末材料，碳纤维的质量含量为10～50％。

上述两种复合材料中添加的增强组分含量都比较高，而且都添加了其它组分，比如流动助剂、抗氧剂、分散剂等，影响了材料力学性能的提高。石墨烯是近几年发现的一种二维碳材料，具有优异的力学性能，是目前世界上强度最高的材料。

CN103102682A公开了一种石墨烯增强增韧尼龙树脂及其制备方法，采用双螺杆挤出造粒方法制备，产品石墨烯质量含量为1～5％。

CN104086983A公开了一种石墨烯/尼龙复合材料及其制备方法和应用，采用物理搅拌方法制备，产品石墨烯质量含量为0.4～0.6％。

上述两种方法都是直接在尼龙材料中添加石墨烯。由于石墨烯容易团聚，在尼龙材料中的分散性不好，直接添加的方式往往不能得到分散均匀的石墨烯/尼龙复合材料，导致石墨烯含量高的区域性能高，含量低的区域性能低，造成复合材料性能不稳定，影响其使用。同时，由于石墨烯化学性质稳定，很难与其它物质形成化学结合，界面结合力差，导致增强效果不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种氧化石墨烯分布均匀、界面结合力好，能与基体形成化学结合的氧化石墨烯增强尼龙材料。

本发明进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种不用添加增强组分，氧化石墨烯不易团聚，在尼龙材料中分散均匀的氧化石墨烯增强尼龙材料的制备方法。

本发明更进一步要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种氧化石墨烯增强尼龙材料的应用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：一种氧化石墨烯增强尼龙材料，由以下组分及重量份组成：氧化石墨烯0.1～1.0份，尼龙99.0～99.9份。

本发明所采用的氧化石墨烯是石墨烯的氧化物，一般由石墨经强酸氧化而成。氧化石墨烯与石墨烯结构类似，为片层结构，但比石墨烯多了许多氧基官能团，比如羟基、环氧基、羧基和羰基等。这些官能团的存在，使氧化石墨烯在溶剂中的分散性特别好，而且通过这些官能团，氧化石墨烯能与其它高分子化合物产生化学结合，有利于提高氧化石墨烯的增强效果。

进一步，所述氧化石墨烯为粉末状，片径≤2.0μm，厚度≤1.2nm。

进一步，所述尼龙材料为尼龙1010、尼龙11、尼龙12、尼龙6或尼龙66等。

本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种氧化石墨烯增强尼龙材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将氧化石墨烯和表面活性剂以质量比1:1～50的比例加入有机溶剂中，进行超声振荡0.5～3h；

(2)将步骤(1)所得超声振荡后的溶液烘干，得改性氧化石墨烯粉末；

(3)将步骤(2)所得改性氧化石墨烯粉末与尼龙以质量比1:99～999的比例加入有机溶剂，并置于反应釜中混合搅拌，并且加压，加热，直至尼龙完全溶解，将反应釜逐步冷却、泄压，得混合悬浊液；

(4)将步骤(3)所得混合悬浊液过滤，烘干，再过150～325目筛，得氧化石墨烯增强尼龙材料。

进一步，步骤(3)中，加压至1.2～2.3MPa，加热至140～180℃。所述加压可采用通入氮气的方式。