[发明专利]解拉链碳纳米管增强的高密度聚乙烯杂化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种解拉链碳纳米管增强的高密度聚乙烯杂化材料及其制备方法，在常温下，利用修改的Hummers技术制备解拉链碳纳米管；将解拉链碳纳米管与高密度聚乙烯粒料用机械搅拌法混合均匀，将混合均匀之后的混合料匀速加入到双螺杆挤出机中进行熔融加热经细口径模口挤出，再将挤出的细流用纺机匀速拉伸卷绕，得到解拉链碳纳米管增强高密度聚乙烯杂化材料。解拉链碳纳米管具有直径更大、长度更小且表面具有很多氧化集团的特点，还保留了良好的力学性能，有效防止碳纳米管在高密度聚乙烯材料中分散时的团聚，从而增强了碳纳米管与高密度聚乙烯材料之间的界面相互作用，改善了从基体到填料的应力转移从而提高了杂化材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及杂化材料技术领域，具体涉及一种解拉链碳纳米管高效增强高密度聚乙烯杂化材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管具有中空管状的网络结构，长径比高达100～1000的准一维材料。由于碳纳米管具有良好的轴向稳定性使其表现出良好的抗变形能力，具有极高的强度、韧性和弹性模量。根据理论计算和显微实验证明，单根碳纳米管轴向具有极高的强度和刚度(杨氏模量可以达到l TPa)和热导率(目前已知的材料中最高的)，其导电性也随管径和结构的不同而表现为金属性或半导体性。因此，人们一直希望利用碳纳米管的优异性能来制备高性能的杂化材料，特别是高分子基体的杂化材料，并且期待这种杂化材料具有特殊的力学、电学、热学和摩擦、磨损性能等。目前，制备碳纳米管杂化材料的方法是将碳纳米管原料(它通常是团聚态、或者是连续态的)通过机械搅拌、机械振动或剪切混合等常规手段，分散进液态或熔态的高分子基体，然后让高分子基体固化或凝固，得到填充型的杂化材料。采用这种方法制备碳纳米管杂化材料时，低维的碳纳米管通常会在高分子聚合物基体内再次团聚，造成非均匀分布，使得杂化材料的性能远远低于其预期值。如果碳纳米管含量较高，还会造成高分子树脂的粘度上升，使其中的气泡很难逸出，导致杂化材料的孔隙率较高。另外，碳纳米管在高分子聚合物基体中随机分布，也不能够充分发挥和利用其轴向的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种解拉链碳纳米管增强高密度聚乙烯杂化材料及其制备方法。通过将多壁碳纳米管用Hummers技术进行解拉链之后得到解拉链碳纳米管。解拉链碳纳米管具有直径更大、长度更小且表面具有很多氧化集团的特点，还保留了良好的力学性能；从而有效防止碳纳米管在高密度聚乙烯材料中分散时的团聚，增强了碳纳米管在基体材料中的分散性，增强了碳纳米管与高密度聚乙烯材料之间的结合，提高了材料的力学性能和拉伸性能。

为了实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种解拉链碳纳米管高效增强高密度聚乙烯杂化材料的制备方法，包括以下步骤：在常温下，利用修改的Hummers技术制备解拉链碳纳米管；将解拉链碳纳米管与高密度聚乙烯粒料用机械搅拌法混合均匀，将混合均匀之后的混合料匀速加入到双螺杆挤出机中进行熔融加热经细口径模口挤出，再将挤出的细流用纺机匀速拉伸卷绕，得到解拉链碳纳米管增强高密度聚乙烯杂化材料。

所述制备方法，修改的Hummers技术为：将多壁碳纳米管加入到浓硫酸中磁力搅拌均匀后进行超声搅拌直到形成多壁碳纳米管分散均匀的溶液；分次加入高锰酸钾粉末后进行保温；将保温后的溶液放入冰浴锅中，加入浓度为0.3％的过氧化氢冰块，之后逐滴加入30％的过氧化氢溶液直到没有气泡产生，得到解拉链碳纳米管分散液；进行三次离心得到解拉链碳纳米管粉末。

所述制备方法，三次离心为：将解拉链碳纳米管分散液进行第一次离心，转速为10000rpm，目的是去除大部分的酸性溶液；按照浓盐酸(HCl)：水1：1-4的体积比配制盐酸溶液，用盐酸溶液进行洗涤后，进行第二次离心；然后使用纯水进行洗涤后，在 10000rpm下进行第三次离心，并重复该洗涤离心操作直至所得的解拉链碳纳米管分散液的上清液PH值为7使停止离心；最后，将洗涤好的解拉链碳纳米管分散液进行冷冻干燥，收集得到解拉链碳纳米管粉末。

所述制备方法，用Hummers技术制备解拉链用的多壁碳纳米管质量直径为 10-50nm，长度0.5-2μm。