[發(fā)明專利]用于SLS的石墨烯/聚醚醚酮復(fù)合粉末材料及制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610854945.9
• 申請(qǐng)日: 2016-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN106633626B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆春澤;陳鵬;史玉升;傅軼;汪艷;魏青松;劉潔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東銀禧科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C08L61/16
• 分類號(hào): C08L61/16;C08K9/02;C08K9/06;C08K3/04;C08J3/12;B33Y70/00
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 宋業(yè)斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)制造技術(shù)和材料制備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于SLS技術(shù)的石墨烯/聚醚醚酮復(fù)合粉末材料及制備方法。

背景技術(shù)

激光選區(qū)燒結(jié)(Selective Laser Sintering，SLS)技術(shù)是應(yīng)用較為廣泛的增材制造技術(shù)，它是基于離散堆積成形的思想，采用激光有選擇地掃描燒結(jié)粉末材料，分層制造、逐層疊加，從而形成實(shí)體模型。與傳統(tǒng)的去除成形、拼接成形及受迫成形等加工方法不同，它是利用材料累加法來加工制造高分子材料、陶瓷、金屬及各種復(fù)合材料的模型和功能零件，不受成形件復(fù)雜程度的影響，成形效率高，因此廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)及航空航天領(lǐng)域，可以高效地制造個(gè)性化、復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件。

聚醚醚酮(PEEK)樹脂具備極其優(yōu)異的綜合性能，且適用于傳統(tǒng)熱塑性塑料的成型加工工藝，使其成為航空航天、能源化工、交通運(yùn)輸、食品加工、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域的理想材料。作為耐磨材料，聚醚醚酮能在較廣的溫度、載荷、速度和接觸界面粗糙度范圍內(nèi)保持優(yōu)良的耐磨損性能。但是，純PEEK的摩擦系數(shù)較高，限制了PEEK樹脂的進(jìn)一步應(yīng)用。石墨烯是一種性能優(yōu)良的固體潤(rùn)滑劑，廣泛應(yīng)用于改善聚合物的摩擦磨損性能，但是由于石墨烯的表面呈惰性狀態(tài)，且石墨烯片層之間具有比較強(qiáng)的范德華力，不能很好地均勻分散，與聚合物基體的界面結(jié)合力較差，在聚合物基體中很容易團(tuán)聚，從而損害了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能。因此，石墨烯的分散是石墨烯/聚合物基納米復(fù)合材料制備中的關(guān)鍵問題，石墨烯的分散狀態(tài)對(duì)復(fù)合材料的性能會(huì)產(chǎn)生顯著影響。因此，獲得形態(tài)均勻、分散性好的復(fù)合體系是研究的重點(diǎn)。

現(xiàn)有專利公開的石墨烯聚醚醚酮的復(fù)合材料多為薄膜、粒料、成型件或涂料。例如：專利CN102827386A中利用有機(jī)溶劑將氧化石墨烯和磺化聚醚醚酮溶解，而后倒入模具制備聚醚醚酮/氧化石墨烯復(fù)合材料，其制備出的復(fù)合材料為薄膜材料；專利CN104069752A制備出了一種磺化聚醚醚酮-氨基酸修飾氧化石墨烯雜化膜；專利CN105754288A通過雙螺桿擠出機(jī)造粒，然后注塑成型了氧化石墨烯聚醚醚酮復(fù)合粉末材料；專利CN105086740A制備的石墨烯聚醚醚酮復(fù)合粉末材料為涂料。現(xiàn)有專利體系中，用于SLS技術(shù)的石墨烯聚醚醚酮粉末狀復(fù)合材料目前為空白狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于SLS技術(shù)的石墨烯/聚醚醚酮復(fù)合粉末材料及其制備方法，其在環(huán)境友好型溶劑乙醇和水中使用溶液共混蒸發(fā)的方法將表面功能化的石墨烯均勻地分散在高分子基體中，由此解決目前SLS用的石墨烯/PEEK粉末復(fù)合材料界面結(jié)合強(qiáng)度不高、流動(dòng)性差、形態(tài)不均勻的技術(shù)問題，制得的復(fù)合粉末材料具有合適的粒徑，流動(dòng)性好，形態(tài)均勻，非常適合SLS鋪粉及成形，在制造高性能耐摩擦零部件(如軸承、齒輪、襯套)時(shí)優(yōu)勢(shì)明顯，在汽車工業(yè)、航空航天領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提出了一種用于SLS技術(shù)的石墨烯/聚醚醚酮復(fù)合粉末材料制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨烯加入至0℃濃硫酸溶液中，超聲處理并攪拌，然后緩慢加入高錳酸鉀，再升溫至30-40℃保持15-25h；然后將上述溶液轉(zhuǎn)移到85-95℃蒸餾水中保持30min，再冷卻至室溫，并加入30％過氧化氫溶液，沉降，倒掉上層清夜，然后進(jìn)行離心處理；產(chǎn)物用5％稀鹽酸溶液洗去殘留的硫酸根離子，接著用蒸餾水洗至中性，最后60℃下真空干燥24h至恒重得到氧化石墨烯；

(2)將氧化石墨烯均勻分散于乙醇水溶液中，超聲震蕩并劇烈攪拌，逐滴加入硅烷偶聯(lián)劑后在70-80℃保持24h，得到的產(chǎn)物然后用蒸餾水洗滌、抽濾3次，并在60℃下真空干燥24h至恒重，得到表面功能化石墨烯；

(3)將表面功能化石墨烯和分散劑加入至乙醇水溶液中，超聲震蕩并劇烈攪拌得到均勻分散液；

(4)選取粒徑為10～100μm的聚醚醚酮粉末，在劇烈攪拌的同時(shí)將所述聚醚醚酮粉末加入至由步驟(3)得到的均勻分散液中，然后超聲震蕩并劇烈攪拌24h以獲得所需的分散液；

(5)最后，將步驟(4)獲得的所需的分散液在加熱條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，烘干并研磨過篩得到所述石墨烯/聚醚醚酮復(fù)合粉末材料。

本發(fā)明所述的方法先將石墨烯進(jìn)行表面改性，然后使其在溶劑中穩(wěn)定分散，能有效控制石墨烯的尺寸與形態(tài)，且經(jīng)過硅烷偶聯(lián)劑處理的石墨烯表面含有屬于硅烷偶聯(lián)劑的特征基團(tuán)，更容易實(shí)現(xiàn)與聚醚醚酮粉末顆粒表面的結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度更高。