[发明专利]一种石墨烯-碳纤维丙纶复合材料母粒的制备方法

说明书

本发明公开一种石墨烯‑碳纤维丙纶复合材料母粒的制备方法，1)将石墨烯、表面活性剂与有机溶剂混合，得到改性石墨烯分散液；2)将改性石墨烯分散液、有机溶剂、烷基铝化合物溶液、硅烷偶联剂、催化剂置于高压聚合釜中，并在丙烯的氛围下进行反应得到石墨烯‑聚丙烯复合材料；3)将石墨烯‑聚丙烯复合材料、碳纤维、抗氧剂混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒即得石墨烯‑碳纤维丙纶复合材料母粒。通过原位聚合法在石墨烯上合成聚丙烯，石墨烯起到了成核剂的作用，促进聚丙烯的结晶，同时改善了石墨烯与聚丙烯的相容性，石墨烯能够均匀分布在石墨烯‑聚丙烯复合材料中，由该材料制备的石墨烯‑碳纤维丙纶复合材料力学性能、导电、导热性能优异。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体地说，涉及一种石墨烯-碳纤维丙纶复合材料母粒的制备方法。

背景技术

丙纶，又称聚丙烯纤维。聚丙烯(PP)产量位于五大通用树脂第二位，是世界上应用最广泛的通用树脂之一，仅次于聚乙烯″。聚丙烯(PP)是一种价格低廉、用途广泛、易于加工成型的热塑性塑料，由于原材料丰富、力学性能均衡、耐化学药品性优良、透明度高、耐应力开裂、容易加工等优点，广泛应用于汽车、电器、日常用品、纺织衣物和包装等行业。然而，聚丙烯(PP)的力学性能、耐热稳定性不足，具有容易产生静电以及较易老化降解的缺点，限制了其应用。

碳纤维，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维“外柔内刚”，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。由于碳纤维具有高强度、低密度、高耐温、耐水、耐腐蚀等优点，可作为一种优良的增强材料。将碳纤维添加至高聚物得到增强的高聚物复合材料，可以明显提高高聚物的综合性能。

石墨烯，是由单层六角原胞碳原子组成的蜂窝状二维晶体，其具有优异的力学性能、突出的导电性和导热性、高的比表面积和优异的吸附性能，以及显著的界面效应，非常适合于高性能和多功能聚合物纳米复合材料的开发。复合材料中石墨烯含量较低时，石墨烯可作为增强剂改善聚合物的机械性能和热稳定性等，且不会影响复合材料的其他优良性能。

由于石墨烯的比表面积及界面相互作用较大，在聚丙烯基体中容易团聚，采用一般的熔融共混法达不到高度分散效果，从而并不能发挥石墨烯材料的优异性能。

目前，已经出现了多种石墨烯/聚丙烯复合材料、碳纤维/聚丙烯复合材料，但大都是采用物理混合均匀后，熔融挤出制备其复合材料；如：

公开号为CN112409687A的中国专利文献中公开了一种氧化石墨烯改性聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料即是采用物理混合、熔融挤出的方法制备石墨烯/聚丙烯复合材料。石墨烯为层状结构，其均匀分散在聚丙烯基体中能起到一定的应力承载作用，可以提高聚丙烯基体抵抗外力能力。

但该方法制备的复合材料中石墨烯均匀性不能保证，故其机械性能增强作用不能保证，且单一的添加石墨烯，其导电导热性能增加不明显，限制了其在导电导热方面的应用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯-碳纤维丙纶复合材料母粒的制备方法，以实现石墨烯-碳纤维丙纶复合材料力学性能优异、导电导热性好的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种石墨烯-碳纤维丙纶复合材料母粒的制备方法包括以下制备步骤：

1)将石墨烯、表面活性剂与有机溶剂混合，得到改性石墨烯分散液；

2)将改性石墨烯分散液、有机溶剂、烷基铝化合物溶液、硅烷偶联剂、催化剂置于高压聚合釜中，并在丙烯的氛围下进行反应得到石墨烯聚丙烯复合材料；

3)将石墨烯-聚丙烯复合材料、碳纤维、抗氧剂混合，经双螺杆挤出机挤出、造粒即得石墨烯碳纤维丙纶复合材料母粒。