[发明专利]一种石墨烯/玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种石墨烯/玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚碳酸酯是双酚A的聚合物，属于热塑性树脂，被广泛用作工程塑料材料，表现出优异的抗冲击性、电性能和模压性能，在较宽的温度范围内保持物理性能，并具有自熄性。然而由于聚碳酸酯具有不良的加工性能的缺点，因此难于将聚碳酸酯用在尺寸小并更加复杂的电气、电子产品的外壳中。为了解决这个问题，工业上采用将聚碳酸酯与其它种类的树脂共混的方法，在改善材料的加工性能的同时保持高冲击强度。玻纤增强复合材料是以聚合物为基体，以玻纤为增强材料而制成的复合材料，综合了聚合物和玻纤的性能。研究表明在聚碳酸酯中加入纤维材料，可大大的增强材料的强度和收缩率，以及提高材料的耐热性。

橡塑行业业内已开展了对聚碳酸酯/石墨烯纳米复合材料高性能化相关的研究工作。中国专利201280029564.7，该发明的特征在于所提供的复合材料包含聚碳酸酯、石墨烯片等组分，得到了能够形成阻燃性、刚性、耐冲击性、导电性、成形外观及导热性等优异的成形体聚碳酸酯组合物；中国专利201410041139.0，提供了一种石墨烯改性高强度、高导热聚碳酸酯母粒及其制备方法，所制备的复合材料不仅导热性能得到了大幅提高，同时其力学性能也有一定幅度提升；中国专利201410837169.2，公开了一种石墨烯/聚碳酸酯导热复合材料及其制备方法，其中石墨烯的添加量为5-20质量份；中国专利201110008919.1，通过将的纤维状导热填料和高导热填料石墨烯与热塑性聚碳酸酯混合均匀分散后造粒，形成高导热复合材料粒料，导热填料用量少、力学性能好。

相关研究表明石墨烯的加入使聚碳酸酯复合材料具备优良的力学、热学、电学等综合性能，但在以上制备方法中，直接将石墨烯掺入基体不利于石墨烯在聚碳酸酯基体中的分散性与相容性；而通过石墨烯原位聚合、偶联改性等方法制备复合材料，在实际生产中工艺繁琐，石墨烯的形态和性能变化难于控制。结构完整的石墨烯由苯环组成，化学稳定性高，表面呈惰性，与其它介质作用弱；且石墨烯片层间存在较强范德华力，易团聚，极大限制其研究应用；如何采用高效简便、易于实施应用的方法实现石墨烯在聚碳酸酯材料中的良好分散，是制备高性能聚碳酸酯/石墨烯纳米复合材料的关键。将环氧树脂添加到玻璃纤维增强聚碳酸酯材料中，能够有效的消除浮纤现象，而通过选择原料和控制制备条件，石墨烯在环氧树脂中能够实现良好的分散性，因此本发明首先利用环氧树脂对石墨烯的分散性，制得石墨烯分散液，再将石墨烯-环氧树脂添加到聚碳酸酯复合材料，得到一种新型石墨烯/玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，该材料具备了石墨烯添加量低，良好的力学性能、加工性能和热稳定性。在消除玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料的浮纤现象的同时，实现了石墨烯在复合材料中的均匀分散。

为达到上述目的，本发明提供的复合材料包括以下重量份数的组分：聚碳酸酯60-90质量份、环氧树脂5-20质量份、石墨烯0.01-5质量份、玻璃纤维5-20质量份、硅烷偶联剂0.1-1质量份、乙醇5-10质量份、抗氧化剂0.05-2质量份、相容增韧剂0.5-3质量份。

所述聚聚碳酸酯为特性粘度在45-55ml/g芳香族聚碳酸酯，适宜的芳香族聚碳酸酯有由至少一种二价酚和一种聚碳酸酯母体通过界面聚合等方法制成，碳酸酯母体可为羰基卤化物、卤代碳酸酯或甲酸酯，优选双酚A型聚碳酸酯，特性粘度48ml/g；所述环氧树脂为二酚基丙烷型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂和脂环族环氧树脂中的至少一种；所述的玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，长度为3-12mm所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的至少一种；所述抗氧化剂选自季戊四醇酯、亚磷酸酯、丙酸正十八碳醇酯中的一种或者几种；所述相容增韧剂选自硅酮粉、改性乙撑双脂肪酸酰胺、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物。

所述石墨烯具有以下性能参数：片径为5-500微米，吸光率为3%-5%，本发明所用的石墨烯通常为具有单层或多层结构的石墨烯，优选片径为10-50微米，厚度为1-5纳米，比表面积为20m-800m²/g的单层石墨烯，单层石墨烯比表面积更大，制品的热性能增强更明显，因此优选。