[發明專利]石墨烯碳納米管雜化的聚合物復合材料

無效

• 申請號: 201110203850.8
• 申請日: 2011-07-13
• 公開（公告）號: CN102417610A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 胡海青
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C08K3/04
• 分類號: C08K3/04;C08K7/00;C08K9/00;C08L101/00;C08L21/00;C09D5/24;C09K3/16
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技術領域

本發明涉及一種導電性石墨烯碳納米管雜化的聚合物復合材料以及其制造方法，該石墨烯碳納米管雜化的聚合物復合材料可以作為抗靜電以及電磁屏蔽材料，制作成導電地毯、電子產品的包裝、手機的部件、輪胎用抗靜電胎面膠以及航空航天器材的電磁屏蔽涂料等。

背景技術

自從1991年Iijima發現碳納米管以及2004年Andre?Geim和Kostya?Novoselov首次制備出石墨烯以來，這兩種碳納米材料就受到廣泛地重視，因為這兩者都具有非常突出的物理性質，有望通過對聚合物改性，賦予聚合物更好的性能。但是碳納米管的應用一直存在兩個重要的問題沒有解決，一個是碳納米管的分散，因為它非常容易團聚，另一個問題就是高成本。石墨烯的出現似乎為解決這兩個難題提供了答案。石墨烯與碳納米管的化學結構相似，但是石墨烯是二維的平面結構，而碳納米管是一維的線性結構，正是這兩者形態的不同導致了兩者獨特的性質。天然石墨的大量貯存，使得大量的廉價的石墨烯的制備成為可能。而我們的研究發現，當碳納米管和石墨烯共同添加于聚合物中時，碳納米管團聚的傾向也大大減輕。因而石墨烯與碳納米管雜化成為有效分散碳納米管的簡單易行的方法。

該發明將石墨烯和碳納米管共同添加于聚合物基體中，形成導電并且具有高強度的石墨烯碳納米管雜化的聚合物納米復合材料，作為抗靜電以及電磁屏蔽材料，制作成導電地毯、電子產品的包裝、手機的部件、輪胎用抗靜電胎面膠以及航空航天器材的電磁屏蔽涂料等。

發明內容

為了實現上述目的，根據權利要求書1所述的本發明，采用不同氧化程度的石墨烯和碳納米管為導電和增強材料，添加到聚合物中，制備石墨烯含量為0.1-90wt％，碳納米管含量為0.1-90wt％，石墨烯和碳納米管的總量為0.1-90wt％的石墨烯碳納米管雜化的聚合物復合材料，該材料具有高的導電性和力學性能，可以用于抗靜電以及電磁屏蔽材料，制作成導電地毯、電子產品的包裝、手機的部件、輪胎用抗靜電胎面膠以及航空航天器材的電磁屏蔽涂料等。

本發明的一個目的是提供一種基于石墨烯和碳納米管雜化材料共同改性的聚合物復合材料，提高復合材料的導電性。

本發明的另一個目的是提供一種基于石墨烯和碳納米管雜化的共同改性的聚合物復合材料，在提高導電性的同時，也能提高材料的機械性能(強度，硬度等)和熱穩定性。

本發明所使用的制備石墨烯碳納米管雜化聚合物復合材料的方法，可以采用溶液法，也可以采用機械法實現石墨烯碳納米管和聚合物的復合。

本發明與現有技術相比，其顯著的優點為：(1)利用石墨烯在聚合物中的良好分散性，輔助碳納米管在聚合物中的分散，方法簡單易行，避免了復雜的分散工作。(2)制備方法上，利用溶液共混或者機械共混方法制備，簡單易行，可以很好地實現石墨烯和碳納米管在聚合物復合材料中的分散。(3)所制備的石墨烯碳納米管聚合物復合材料不但具有良好的導電性而且具有較高的力學性能。

附圖說明

圖1是碳納米管在硅橡膠中的掃面電子顯微鏡圖，說明碳納米管在硅橡膠中很容易團聚，不容易分散。

圖2是石墨烯和碳納米共同分散在硅橡膠中的掃面電子顯微鏡圖，說明碳納米管在石墨烯的輔助下很好地分散在硅橡膠中，沒有形成團聚。

圖3是石墨烯/碳納米管/順丁橡膠復合材料中，當石墨烯的用量為1份，順丁橡膠的用量為100份，體系的體積電阻率隨著碳納米管用量的增加而下降。

圖4是碳納米管單獨添加到順丁橡膠中時，用量與體積電阻率的關系，說明，石墨烯和碳納米管共同添加到順丁橡膠中時，碳納米管的用量減少就可以達到相同的導電效果，從另一個側面說明碳納米管與石墨烯雜化是在聚合物基體中的分散性要好于碳納米管單獨分散到聚合物基體中。

具體實施方案

本發明用石墨烯和碳納米管共同改性聚合物，獲得石墨烯碳納米管聚合物復合材料，具有高的導電性和力學性能。下面的實施例是對本發明的進一步說明，而不是限制本發明的范圍。

實施例1：

以順丁橡膠為例。將石墨烯、碳納米管和順丁橡膠按照重量比例1∶9∶100在密煉機中密煉10min，獲得的復合材料在160℃，硫化10min，得到石墨烯/碳納米管/順丁橡膠復合材料。該材料的體積體積電阻率為7×10⁶Ω·cm，拉伸強度為3MPa，撕裂強度18KN/m。

實施例2：

以硅橡膠為例。硅橡膠100g溶于500ml的四氫呋喃(THF)中，石墨烯和碳納米管按照1∶2的重量比例，總重量3g通過超聲分散于100ml?THF中，然后將兩種分散液混合均勻，在空氣以及真空烘箱中除去過量的THF。獲得的復合材料在160℃，硫化10min，得到石墨烯/碳納米管/硅橡膠復合材料。該材料的體積電阻率為4.9×10⁹Ω·cm，拉伸強度為1MPa。