[發明專利]一種以石墨烯為填料的耐磨損硬質復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310638015.6
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103613883A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 曾尤;謝桂媛;王函;英哲;任文才;劉暢;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C08L27/06
• 分類號: C08L27/06;C08L25/06;C08L67/02;C08L23/06;C08L23/12;C08K3/04
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

技術領域

本發明屬于高分子復合材料領域，特別涉及一種以新型納米炭材料—石墨烯為填料的耐磨損硬質聚合物復合材料及其制備方法。

背景技術

聚氯乙烯(PVC)作為四大工程材料之一，是一種被廣泛應用的通用塑料。PVC樹脂具有難燃性、抗化學腐蝕、耐磨、優良電絕緣性和較高機械強度等優點，使得其在加工過程中可以采用加入添加劑以及其他方法生產出滿足各種各樣需要的塑料制品，較常用的如電線套管、地板等。隨著航空、航天、汽車、機械等領域技術的飛速發展，高性能聚合物及其復合材料以其優異的摩擦學性能扮演著越來越重要的角色：國防工業中軍艦的甲板、艦載飛機的跑道等需要大批量高品級PVC耐磨防滑材料。汽車用PVC電纜料的關鍵指標之一就是耐磨性，直接關系到汽車電線的壽命。而未加增塑劑的PVC屬于硬脆的材料，其對缺口沖擊強度具有高度的敏感性，尤其在干摩擦應力狀態下，在擠壓剪切作用下易于發生微裂紋的產生和拓展，直接限制了PVC在這些摩擦學性能要求較高的領域的應用。因此，提高和改善PVC的耐磨性能已成為PVC功能改性的重要發展方向之一。

近年來，為了提高PVC的耐磨損性能，工業上普遍采用的方式是通過物理共混的方式，加入木質纖維素、玻璃纖維等無機填料，這種方式成型方便、操作工藝簡單。但是這些無機耐磨填料普遍存在密度大、與樹脂相容性差、易離析、分散性差等缺點（Zhang?Z,et?al.Composites?Part?a-Applied?Science?and?Manufacturing,2004(35):1385-1392.,Chang?L,et?al.Composites?Science?and?Technology66,2006:3188-3198.,Wang?Q?H,et?al.Materials&Design,210(31):3761-3768,Xiang?D?H,et?al.Journal?of?Reinforced?Plastics?and?Composites,2007(26):331-339.）。納米材料以其輕質、比表面積大、與樹脂相容性好、結合力強、物理性能優異等顯著特點越來越引起人們的廣泛關注，以納米材料作為填料來提高聚合物耐磨損性能成為研究熱點。

目前，用于耐摩擦磨損聚合物基復合材料的填料主要有橡膠彈性體和無機耐磨填料（如：石墨、SiC）等。然而，橡膠彈性體具有成本高、制備工藝復雜等缺點，而上述的無機耐磨填料則普遍存在密度大、與樹脂相容性差、易離析、分散性差等缺點。納米材料以其輕質、比表面積大、與樹脂相容性好、結合力強、物理性能優異等顯著特點越來越引起人們的廣泛關注，以納米材料作為填料來提高聚合物耐磨損性能成為研究熱點。

其中，以碳納米管和氧化石墨烯為代表的高性能納米填料在提高聚合物耐摩擦磨損性能等方面取得了顯著成效（Song?H?J?et?al.Journal?of?Nanoparticle?Research,2013(15):14331442,Shen?X?J,et?al,polymer,2013(54):1234-1242,Tai?Z?X,et?al,Tribology?Letters,2012(46):55-63,Pan?B?L,et?al,Wear,2012(294):395-401.）。例如：在干摩擦條件下，氧化石墨烯（GO)的加入可以增強超高分子量聚乙烯（UHMWPE）的摩擦學性能，非常低含量的GO的填充可以顯著改善環氧樹脂納米復合材料的摩擦學性能。但是，以石墨烯作為填料提高聚氯乙烯復合材料的耐磨損性能尚未見報道。

發明內容

為了滿足現有高性能聚合物復合材料在航空、航天、汽車、機械等領域應用上越來越高的摩擦學性能的要求，本發明的目的在于提出一種以石墨烯為填料的耐磨損硬質復合材料及其制備方法，石墨烯能夠充分改善聚合物復合材料耐磨損性能。

本發明采用的技術方案是：

一種以石墨烯為填料的耐磨損硬質復合材料，所述的復合材料包括：石墨烯填料、聚合物基體及助劑，按重量百分比計，石墨烯0.1～3.0wt%，助劑0.5～10wt%，其余為聚合物基體；其中，聚合物基體為熱塑性顆粒狀樹脂：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯和聚丙烯中的一種或兩種以上復合。

所述的石墨烯優選含量為0.2～2.0wt%。

所述的復合材料中助劑為稀土穩定劑和丙烯酸酯，按重量百分比計，稀土穩定劑的含量為2～8wt%，丙烯酸酯0.5～2wt%。