[發明專利]超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310317580.2
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103450537A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 陳鵬;王兵杰;顧群;周旭峰;劉兆平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K3/04;B29C51/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于高分子材料領域，具體涉及一種超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料及其制備方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯是一種具有優異綜合性能的熱塑性工程塑料，在現代化戰爭和航空、航天、海域防御裝備等領域發揮著舉足輕重的作用。超高分子量聚乙烯具有難燃、抗化學腐蝕、耐磨、電絕緣性優良和力學強度較高等優點，被廣泛應用于各領域中，是世界上產量最大的通用塑料。但超高分子量聚乙烯表面電阻高達?10¹⁴Ω～10¹⁷Ω容易產生靜電，易引起爆炸和火災，提高超高分子量聚乙烯材料的抗靜電能力，可拓寬其在化工、煤礦、電子等領域的應用。

通常的復合型抗靜電聚合物是將碳黑、石墨或金屬粉等導電填料加入到單相或多相聚合物中制備出一種具有抗靜電功能的聚合物基復合材料。隨導電填料的增加，聚合物復合材料將發生從絕緣體向導體的轉變，即逾滲現象。為了獲得較低的電阻率，通常要在聚合物基體中加入高體積分的填料，如碳黑填充的聚合物一般需加?5﹪～20﹪體積分數的填料。由此不但造成復合材料在生產過程中加工流動性變差，而且導致復合材料力學性能下降、生產成本增加。

石墨烯作為一種二維導電填料，具有高導電性（6000?S/cm）,高比表面積（2630?m²/g）,高力學強度（楊氏模量：1?TPa，極限強度：130?GPa）等優異性能。近年來，一些學者報道了高分子/石墨烯復合材料可以在極地的石墨烯含量下實現較高的導電率（(S.?Stankovich，et?al.?Nature?2006，442：282-286.）。而具有特殊的網絡結構石墨烯/高分子復合材料可以實現更低的逾滲值(H.Pang，et?al.?Mater.?Lett.?2010，64：2226-2229.)。Hu?等人利用兩步法制備隔離結構?GNS/UHMWPE?復合材料(H.L.Hu，et?al.?Carbon?2012，50?：4596-4599.)，即首先通過溶液共混的方法使得氧化石墨烯均勻涂覆在UHMWPE顆粒表面，然后將干燥后的復合顆粒加入水合肼溶液中原位還原氧化石墨烯得到UHMWPE/石墨烯復合顆粒，最后通過熱壓的方法得到UHMWPE/石墨烯復合材料。此方法制備復合材料石墨烯的添加量在很低的情況下就可以實現逾滲現象。但是此方法因為涉及兩步溶液共混，制備過程較為復雜，且需要使用到劇毒的化學還原劑，如水合肼等，在工業大規模生產過程中容易造成環境污染。

發明內容

本發明的目的是提供一種超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料的制備方法。

??該方法具體是：

步驟(1).將超高分子量聚乙烯（UHMWPE）與石墨烯粉末置于高速攪拌機中攪拌,得到超高分子量聚乙烯/石墨烯復合顆粒；超高分子量聚乙烯（UHMWPE）與石墨烯粉末的質量比為1000：1～50，石墨烯粉末分2～50次加入到高速攪拌機中，每次攪拌10～30s，攪拌速度為10000～30000r/min；

步驟(2).將步驟(1)制備的超高分子量聚乙烯/石墨烯復合顆粒通過熱壓成型制備抗靜電復合材料，具體是將超高分子量聚乙烯/石墨烯復合顆粒在180～240℃下預熱5～10min，然后在相同溫度、10MPa條件下熱壓30min，得到超高分子量聚乙烯/石墨烯材料。

所述的超高分子量聚乙烯的重均分子量為1×10⁶～4×10⁶，粒徑為80μm～200μm；

所述的石墨烯為具有單層或多層結構的石墨烯粉末，其直徑為0.5μm～5μm，厚度為0.5nm～10nm，比表面積為20m²/g～200m²/g，電導率為800～2000?S/cm。

本發明具有的有益效果是：

1.本發明在超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料過程中完全不涉及溶劑的使用，通過靜電吸附的方法制備UHMWPE/石墨烯復合顆粒，然后通過熱壓成型，制備所需抗靜電復合材料。該方法不會對環境造成危害，具有工業大規模生產的可能性。

2.本發明制備的超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料具有三維網絡結構，不同于常規的二維隔離結構材料，可以明顯觀察到。

3.本發明制備的超高分子量聚乙烯/石墨烯抗靜電復合材料的逾滲值較溶液法制備所得值偏高，但是此方法完全脫離還原劑、乙醇等有機溶劑的使用，實現綠色化學，完全具有工業大規模生產前景。

附圖說明