[发明专利]改性石墨烯增强聚合物阻隔材料的制备方法

说明书

改性石墨烯增强聚合物阻隔材料的制备方法，本发明涉及一种聚合物阻隔材料的制备方法，它为了解决现有储氢瓶中塑料内衬渗透性高的问题。制备方法：一、将改性聚合物加入到有机溶剂中，加热熔融，得到聚合物混合液；二、使用有机溶剂分散石墨烯，得到石墨烯分散液；三、在熔融温度下将石墨烯分散液与聚合物混合液混合，淬冷至聚合物结晶温度，搅拌均匀并进行结晶处理，然后加入聚合物基底混合液，得到改性石墨烯‑基体混合液；四、将改性石墨烯‑基体混合液倒入过量的甲醇溶液中进行共沉淀。本发明控制聚合物沿石墨烯二维表面的结晶，从而实现聚合物对石墨烯的功能化，促进了石墨烯在聚合物基体中的分散性，提高了聚合物材料的阻隔性能。

技术领域

本发明涉及一种聚合物阻隔材料的制备方法。

背景技术

低碳未来,氢气的储存在氢能源的开发和应用中占据重要一环。我国设置了“可再生能源与氢能技术”重点专项。氢能源汽车研究项目被列入国家重大科技课题。高压气态储氢因其技术相对简单、充气效率高是最接近产业化的车用储氢方式。

氢气瓶作为氢气的存贮设备，其技术开发的目标主要是提高整体的储氢效率、降低价格的同时提高可靠性。最早发展起来的氢气瓶主要是采用金属内衬外部缠绕复合材料制备而成的III型压力容器，这一类氢气瓶由于采用了金属内衬，价格较高，且储氢效率由于金属内衬重量较大，无法获得显著提高，这些劣势严重限制了III型氢气瓶在氢燃料电池汽车上的应用。为此，目前国外主要氢气瓶已经从采用金属内衬外部缠绕复合材料的III型容器向更先进的IV型压力容器过渡。IV型氢气瓶主要是采用塑料内衬外部缠绕复合材料的高压氢气瓶，这种气瓶采用塑料内衬代替原有的金属内衬，实现了大幅减重，显著提高了气瓶的储氢效率，同时大幅降低了加工成本，且可靠性更高，因此目前在国外IV型氢气瓶已经成为车载氢能源电池系统储氢系统研发的主要方向。

IV型氢气瓶的关键结构组成包括内部的塑料内衬、外部的纤维缠绕复合材料层及其他结构件，其中塑料内衬用于氢气的储存，防止氢气的泄露，并用作缠绕的芯膜。与金属材料相比，尽管塑料具有质量轻、成本低、易于加工、耐腐蚀、不发生氢脆等优点，但其本身的渗透性更高，使得使用塑料内衬的储氢瓶面临主要的技术障碍，即塑料内衬的氢气泄漏问题，在气体渗透方面有很大的改进空间。

聚合物纳米复合材料的渗透性是填料在聚合物基体中分散程度的函数，分散程度越高，阻隔性能越好。目前常用的降低聚合物渗透性的方法是向聚合物中加入不透过性纳米填料，如石墨烯等，通过在塑料基体中形成纳米墙，增加了气体的扩散路径，提高材料的阻隔性能。

石墨烯是sp²碳原子紧密堆积形成的二维原子晶体结构，由于其很大的长厚比引起了在阻隔材料中的广泛应用。完整无缺陷的石墨烯即使对于最小的气体分子氦也是不透过的。但由于石墨烯上含有极少数官能团，很难通过共价键改性石墨烯，使得石墨烯的分散较为困难，容易造成其在材料内部的团聚，起不到阻隔效果。因此，通过改性防止团聚是发挥石墨烯优异阻隔性能的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有储氢瓶中塑料内衬渗透性高的问题，而提供一种改性石墨烯增强聚合物阻隔材料的制备方法。

本发明改性石墨烯增强聚合物阻隔材料的制备方法按照以下步骤实现：

一、将改性聚合物加入到有机溶剂中，加热使改性聚合物在有机溶剂中熔融，得到聚合物混合液；

二、使用与步骤一相同(材料)的有机溶剂分散石墨烯，得到石墨烯分散液；

三、在(聚合物)熔融温度下将石墨烯分散液与聚合物混合液混合，淬冷至聚合物结晶温度，搅拌均匀并进行结晶处理，然后加入聚合物基底混合液，再次搅拌均匀，得到改性石墨烯-基体混合液；

四、将改性石墨烯-基体混合液倒入过量的甲醇溶液中进行共沉淀，经过过滤、洗涤、烘干，得到改性石墨烯增强聚合物阻隔材料；

其中所述的改性聚合物与石墨烯的质量比为1：8～4：1。