[發明專利]一種耐高溫抗熔滴的石墨烯/尼龍6復合板材及其制備方法

有效

• 申請號: 201611221401.5
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106751781B
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 高超;韓燚;劉威;陳琛;楊清;李友良;陳國貴
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司;偉星集團有限公司
• 主分類號: C08L77/02
• 分類號: C08L77/02;C08K3/04;C08K9/04;C08G69/16
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種耐高溫抗熔滴的石墨烯/尼龍6復合板材及其制備方法，屬于高分子復合材料領域。該石墨烯/尼龍6復合板材由石墨烯/尼龍6復合材料經熔融擠出制得。上述石墨烯/尼龍6復合材料由尼龍6、石墨烯和助劑通過原位聚合反應得到。該方法所制的復合板材具有優良的物理機械性能，與未復合的純尼龍6本體板材相比，熱變形溫度、抗熔滴性和高溫下的屈服強度均有顯著的提高。此法所得石墨烯/尼龍6復合板材制造工藝簡單，成本低廉，具有良好的耐高溫和抗熔滴性能，可被用作耐高溫工程件、阻燃建筑材料等。

技術領域

本發明屬于高分子復合材料領域，具體涉及一種耐高溫抗熔滴石墨烯/尼龍6復合板材及其制備方法。

背景技術

尼龍6具有優異的力學強度，良好的耐磨自潤滑性和耐化學藥品性，低溫性能好，易于加工和生產，被廣泛用于工程塑料、合成纖維、包裝材料等領域。然而，傳統的尼龍6材料的力學強度會隨環境溫度的增高而快速下降，并且在燃燒時會發生快速溶滴現象，限制了尼龍6的應用范圍。

石墨烯是一種二維的單層碳材料，sp²雜化的共軛碳碳雙鍵結構賦予了其優異的性能。石墨烯彈性模量可達1.1TPa，拉伸強度可達130GPa，石墨烯的熱導率高達5000W/(m*K)。由于石墨烯性能優異，因此在復合材料領域具有廣泛的用途，可用來提高材料的力學強度，并可以在復合材料內形成網絡結構，產生阻隔效應提高材料的阻燃抗熔滴等性能。因此，在尼龍6中加入石墨烯不僅能提高尼龍6的力學強度和高溫使用性能，同時還能提高其抗熔滴性能，這樣的多重效果是而傳統的尼龍6改性劑無法達到的。

中國專利CN104277453A以紅柱石等為改性劑提高尼龍的耐熱性能，但其用量較大，為5-25％。中國專利CN103923348A以石墨烯來替代聚四氟乙烯作為抗熔滴劑，取得了一定的阻燃抗熔滴效果，但所用方法為機械共混，容易導致尼龍樹脂的降解和氧化，而且需要二次加工，耗能較高，且所用石墨烯量在0.5％以上。本發明就是通過在尼龍6聚合時即加入石墨烯的方法來提高復合板材的高溫使用性能和抗熔滴性，操作簡單，耗能較少，適合工業化生產。同時，本發明所用石墨烯單層率高，在尼龍6基體中分散性好，較低的添加量(0.01-0.5％)就可以達到很好的效果。

發明內容

本發明旨在提供一種分散均勻、與尼龍6基體相互作用緊密的低添加量石墨烯/尼龍6復合板材及其制備方法，以提高其高溫使用性能和抗熔滴性。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種耐高溫抗熔滴石墨烯/尼龍6復合板材，由100重量份的石墨烯/尼龍6納米復合材料和0.1～15重量份的助劑共同熔融擠出得到。所述的石墨烯/尼龍6納米復合材料由尼龍6和接枝有尼龍6的單層石墨烯組成，所述接枝有尼龍6的單層石墨烯的橫向尺寸大于3微米；石墨烯的質量與尼龍6的總質量之比為0.01-0.5:100。

一種耐高溫抗熔滴的石墨烯/尼龍6復合板材的制備方法，該方法為：將100重量份的石墨烯/尼龍6納米復合材料和0.1～15重量份的助劑混合均勻后，經熔融擠出，即得到本發明耐高溫抗熔滴的石墨烯/尼龍6復合板材。

進一步地，所述尼龍6/石墨烯納米復合材料通過以下方法制備得到：

(1)將0.01-0.5質量份的改性石墨烯和1-10質量份去離子水加入100質量份的己內酰胺熔體中，在80℃下攪拌(300-500rpm)混勻形成分散液。所述的改性石墨烯為表面具有羧基、羥基等含氧官能團的單層石墨烯；碳氧比為2.5到6之間；

(2)在氮氣保護下，將上述分散液在縮聚反應釜中升溫至250-270℃，在0.5-1MPa下反應3小時；然后在真空下反應4小時，得到聚合物熔體；最后將聚合物熔體經水冷造粒得到石墨烯/尼龍6納米復合材料。

進一步地，所述改性石墨烯的橫向尺寸大于3μm。

進一步地，所述改性石墨烯的橫向尺寸為3-80μm。