[发明专利]采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法及其应用

权利要求书

1.采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)把聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯粒料以及膨胀石墨粉末预混后加入水辅助熔融混炼挤出设备的挤出机中，进行混炼挤出；

(2)调整挤出加工参数，包括喂料量、螺杆转速和挤出机机筒各段温度，使挤出机注水段内的熔体压力提高到可以保持注入的水在高温下为液态时，借助计量泵以一定流量把去离子水从注水口注入挤出机内的熔体中；

(3)注入的水增强了聚丙烯分子链与膨胀石墨片层之间的相互作用，在挤出机螺杆的混炼以及水的溶胀、塑化和汽化效应的共同作用下，膨胀石墨被膨胀、剥离后良好地分散在聚丙烯熔体中；

(4)水在挤出机排气段汽化形成水蒸气，由真空泵从排气口抽走，在机头出口处挤出制得膨胀石墨被较好剥离和分散的聚丙烯/膨胀石墨复合材料。

2.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：水辅助熔融混炼挤出设备包含一台单螺杆挤出机或双螺杆挤出机、一套注水装置和一台真空泵。

3.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：去离子水注入量与聚丙烯材料加入量的质量比为1:20～1:1；聚丙烯材料与膨胀石墨粉末的质量比为100:1～100:30。

4.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：挤出机的螺杆转速为20～500r/min，机筒温度为100～300℃。

5.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：注入去离子水时挤出机注水段内熔体压力稳定后不低于2MPa。

6.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：机筒加热和螺杆混炼产生的热量使聚丙烯和马来酸酐接枝聚丙烯发生熔融，并使膨胀石墨发生膨胀，螺杆混炼作用使膨胀石墨在熔体中不断被剥离。

7.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：把去离子水注入挤出机内的熔体中后，膨胀石墨片层表面含氧基团、水分子和马来酸酐接枝聚丙烯基团之间可形成氢键，去离子水使马来酸酐接枝聚丙烯上的酸酐基团水解形成的羧基能够与膨胀石墨片层表面的羟基反应形成酯基；氢键和酯基增强了聚丙烯分子链与膨胀石墨片层之间的相互作用。

8.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：水的溶胀效应增大了膨胀石墨片层之间的层间距，水的塑化效应增强了聚丙烯分子链的活动性，从而促进聚丙烯分子链插层到膨胀石墨片层之间，使膨胀石墨被良好地剥离和分散在聚丙烯基体中。

9.按照权利要求1所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法，其特征在于：剥离和分散良好的膨胀石墨片层增加了聚丙烯材料中的热传导通道，聚丙烯分子链与膨胀石墨片层之间较强的相互作用降低了聚丙烯与膨胀石墨片层之间的界面热阻，这两方面共同提高了聚丙烯/膨胀石墨复合材料的热导率。

10.按照权利要求1至9中任一项所述的采用水辅助熔融混炼挤出制备聚丙烯/膨胀石墨复合材料的方法的应用，其特征在于：用于制备导热材料、介电材料和电磁屏蔽材料。