[发明专利]一种石墨烯-发泡聚甲醛复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑发泡聚甲醛复合材料及其制备方法，通过将预混的发泡剂和氧化石墨烯微球加入聚甲醛中混合均匀，经过第一步低温发泡后，聚甲醛内部形成孔洞，氧化石墨烯微球分布于孔洞内部，再经第二步发泡后，发泡剂进一步分解使得孔洞得以继续生长，而孔洞内的氧化石墨烯微球发生膨胀并还原，逐渐充满孔洞，最终得到多孔石墨烯填充的发泡聚甲醛材料。石墨烯填充于聚甲醛孔洞中，起到支撑和能量吸收的作用，大大增强发泡材料的强度和弹性，得到差异化发泡材料。本方法简单易行，氧化石墨烯的加入对原有制备工艺无影响，在提升材料基础性能之余可赋予材料新的功能，具有广阔应用前景。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯-发泡聚甲醛复合材料及其制备方法。

背景技术

聚甲醛是一种表面光滑、有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，薄壁部分呈半透明。聚甲醛强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好；其力学性能优异，比强度可达50.5MPa，比刚度可达2650MPa，与金属十分接近，因而聚甲醛具有非常广阔的应用前景。但是，聚甲醛的短期耐热性可达到160℃，其长期耐热性能不高，其中均聚聚甲醛短期耐热比共聚聚甲醛高10℃以上，但长期耐热共聚聚甲醛反而比均聚聚甲醛高10℃左右。另外，聚甲醛的冲击强度较高，但常规冲击不及ABS和PC，聚甲醛对缺口敏感，有缺口可使冲击强度下降90％之多。

石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维碳材料，具有低密度、极高的力学强度、热导率和电导率和优良的耐腐蚀性，并且与高分子材料的亲和性好，可作为高分子材料的增强体使用。在极低的添加量下(低于1％)就能显著提升材料的各项性能指标，具有广阔的市场前景。

本发明利用氧化石墨烯微球的热不稳定性，将氧化石墨烯微球和发泡剂预先共混，再加入聚甲醛和其它助剂的混合体系中。在第一段发泡时，发泡剂先分解出气体在聚甲醛中形成孔洞，而氧化石墨烯微球则留在这些孔洞中。在温度进一步提升后，一方面发泡剂完全分解，促使孔洞生长扩大，另一方面氧化石墨烯片表面的含氧集团分解，使得氧化石墨烯微球发生体积膨胀，从而逐渐填充进聚甲醛的孔洞中，形成支撑网络结构。最终使得复合材料的力学性能显著提升，并且由于石墨烯的存在，使得复合泡沫对光、热的稳定性得到一定程度的提升。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯-发泡聚甲醛复合材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种石墨烯-发泡聚甲醛复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球，其碳氧比为3～6。

(2)将步骤(1)得到的1～50质量份氧化石墨烯微球与1～10质量份发泡剂混合均匀。

(3)将1000质量份聚甲醛和步骤(2)的产物一起加入密炼机，在100～110℃密炼。

(4)将步骤(3)得到的产物加入模具，在120～135℃下发泡3～10分钟，升温至136～200℃发泡5～20分钟。

进一步地，所述步骤(1)的雾化干燥温度为130～200℃。

进一步地，所述步骤(2)的发泡剂为AC发泡剂，分解温度为130～140℃。

本发明的有益效果在于：

(1)采用两步发泡的工艺，石墨烯片搭接成多孔网络填充于发泡聚甲醛的孔洞之中。其中，在第一发泡阶段形成初级孔洞结构，氧化石墨烯微球选择性存在于这些孔洞之中。在第二发泡阶段氧化石墨烯表面的含氧官能团快速脱除使氧化石墨烯还原为石墨烯，氧化石墨烯微球发生体积膨胀并充满孔洞，同时发泡剂进一步分解，形成多孔结构。