[发明专利]一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：聚合物85重量份～99重量份；复配石墨烯片层1重量份～15重量份；润滑剂0.1重量份～5重量份；偶联剂0.01重量份～0.5重量份；所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。与现有技术相比，本发明从影响材料性能的理论出发，充分利用材料自身属性的优劣，通过改进材料固有属性，以复配石墨烯片层为复合材料的增强体，从而有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，得到的产品在力学性能稳定的基础上，具有更为优异的导电、导热性能。实验结果表明，本发明提供的石墨烯微片/聚合物复合材料的电导率能够达到7.5×10^‑1S/m，热导率能够达到0.981W/mk，抗拉强度能够达到34.8MPa。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，更具体地说，是涉及一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯微片作为新发现的碳系材料的成员，综合了其它碳系填料的优点，具有导电渗滤阀值低、电导率、热导率和力学性能优异，且成本比单层石墨烯低，为聚合物的改性提供了新的发展方向。将石墨烯微片作为增强材料加入聚合物中可极大地提高聚合物基复合材料的电导率和热导率，在导电材料、导热材料、屏蔽材料、电子封装等领域有广阔的应用前景。

为了实现石墨烯微片/聚合物复合材料的低成本、大规模化的制备，研究人员进行了广泛的研究。目前，熔融共混法因具有通用性、环保性和经济性，适合工业化生产，成为最具前景的制备方式而被广泛认同。然而，由于石墨烯微片的比表面积和表面自由能大，石墨烯微片的片层间存在很强的静电作用力和范德华力，因此，其在聚合物中通常以团聚体形态存在，不利于聚合物基复合材料性能的改善，尤其是采用熔融混炼法制备时石墨烯微片的剥离和分散效果不佳。已有报道表明，石墨烯微片的剥离和分散效果对聚合物结晶度以及导电网络搭建有极大的影响，从而使其制备的石墨烯微片/聚合物复合材料性能存在很大差异。

目前，现有技术通常采用改善加工力场中的剪切力，以达到对石墨烯微片进行剥离并将其均匀低分散在聚合物中，从而改变其综合性能。但是，上述技术方案的改善效果较差，并且涉及机械设备的改良而难以实现和推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种石墨烯微片/聚合物复合材料及其制备方法，该制备方法通过改进材料固有属性，能够有效改善石墨烯片层的剥离和分散效果，制备得到的产品具有良好的综合性能。

本发明提供了一种石墨烯微片/聚合物复合材料，由包括以下组分的原料制备而成：

聚合物85重量份～99重量份；

复配石墨烯片层1重量份～15重量份；

润滑剂0.1重量份～5重量份；

偶联剂0.01重量份～0.5重量份；

所述复配石墨烯片层由片径不同的石墨烯微片组成。

优选的，所述石墨烯微片的片径为5μm～100μm，片层厚度为5nm～100nm。

优选的，所述片径不同的石墨烯微片选自片径为5μm～20μm的石墨烯微片、片径为30μm～50μm的石墨烯微片和片径为60μm～100μm的石墨烯微片中的两种。

优选的，所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚砜、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚苯硫醚和聚醚酮中的一种或多种。

优选的，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂和磷酸酯偶联剂中的一种或多种。

本发明还提供了一种上述技术方案所述的石墨烯微片/聚合物复合材料的制备方法，包括以下步骤：