[发明专利]聚乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚乙烯‑石墨烯复合材料及其制备方法，以重量份计，该复合材料包括95份～99份的聚乙烯和0.1份～5份的石墨烯，例如，包括99份聚乙烯和1份石墨烯；其中所述石墨烯的尺寸在100～300nm，碳含量大于99.5wt％，氧含量小于0.5wt％，杂质含量小于0.5wt％。相比于现有的其它石墨烯复合材料，该复合材料中石墨烯的添加量少，有利于成本降低，且石墨烯在聚乙烯中分散性优异，进一步提高了复合材料的力学性能，并且有利于减少工艺生产过程中把控环节。该复合材料的制备工艺简单，有利于体系放大，具备快速进行规模化生产的能力。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种聚乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯是一种具有无毒、无味、密度小、抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性等优点的通用塑料；被广泛应用于汽车工业、家用电器、管材、机械零件制作等方面。但聚乙烯存在力学强度不够、对于环境应力敏感和耐热老化性差等缺点，限制了其应用范围。因此，如何改善其韧性，增加其力学强度成为关键。

石墨烯具有众多优异的性质，其具有优异的力学性能和电学性能及独特的二维纳米结构所特有的纳米效应，例如，拥有极低的密度(～0.77g·cm^-3)、极高的比表面积(～2630m²·g^-1)、极高的热导率(～5300W·m^-1·K^-1)和力学强度(断裂强度130GPa，杨氏模量1.0TPa)，这使得石墨烯在复合材料增强领域具有极大的应用前景。

但石墨烯不溶于水和有机溶剂，且由于表面原子具有较高的表面能和表面结合能，分散性差且易于形成大的团聚体，在作为聚乙烯基体的增强材料时极易发生团聚，从而导致石墨烯在聚乙烯基体中分散程度低，进而影响复合材料的应用性能。在通常制备石墨烯基复合材料的工艺中，为了使石墨烯在高分子中分散均匀，大部分采用基于溶液相的方法，诸如溶液混合法。在这些方法中，需要将石墨烯分散至液相中(诸如水或者有机体系)，之后再与高分子混合，最后除去多余的液相，造成过程繁琐并且增加费用投入，而且大量溶剂的使用不可避免造成环境污染问题，多余液相体系的引入也有可能会影响最终石墨烯的力学性能的提高。

基于以上考虑，如何选用合适尺寸和品质的粉体石墨烯，并借助简单的工艺获得高性能的聚乙烯-石墨烯复合材料是本领域亟待解决的问题。

需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种聚乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法，通过采用较少量的合适尺寸的高品质石墨烯与聚乙烯复合，即可使所得复合材料的力学性能得到明显提升；且该制备方法工艺简单、成本低，适用于大规模工业化生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种聚乙烯-石墨烯复合材料，以重量份计，所述复合材料包括95份～99份的聚乙烯和0.1份～5份的石墨烯，其中所述石墨烯的碳含量大于99.5wt％，氧含量小于0.5wt％，杂质含量小于0.5wt％。

根据本发明的一个实施方式，石墨烯为片径尺寸为100nm～300nm的片层石墨烯，层数为1～10层。

根据本发明的一个实施方式，石墨烯的比表面积大于250m²·g^-1。

根据本发明的一个实施方式，石墨烯的拉曼光谱中，位于1340cm^-1附近的D峰强度与位于1580cm^-1附近的G峰强度的比值小于0.5(优选0.3)，且位于2700cm^-1附近的2D峰强度与位于1580cm^-1附近的G峰强度的比值大于0.75(优选1)。