[發(fā)明專利]一種石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法

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• 申請日: 2018-10-30
• 公開（公告）號: CN109401012A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧月美;王書博;劉建仁
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: C08L23/06
• 分類號: C08L23/06;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明公開了一種石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法，原料為石墨烯微片、高密度聚乙烯和硅烷偶聯(lián)劑。本發(fā)明通過使用石墨烯微片來改善高密度聚乙烯的性能，制得了一種高密度聚乙烯復(fù)合材料，大大提高了復(fù)合材料的摩擦磨損性能和力學(xué)性能；該石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料成本低廉、化學(xué)穩(wěn)定性高、易于加工成型實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，在燃?xì)廨斔汀⒐┧盼邸⑥r(nóng)業(yè)灌溉以及郵電通訊等領(lǐng)域具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)

石墨烯微片（Graphene Nanoplatelets，簡稱為“GNPs”）是指碳層數(shù)多于10層、厚度在5-100nm范圍內(nèi)的超薄石墨烯層狀堆積體。目前關(guān)于石墨烯作為增強(qiáng)填料改性高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，簡稱為“HDPE”）的研究較多，但以石墨烯微片作為增強(qiáng)填料改性HDPE的研究較少。相對于石墨烯，GNPs的制備過程更為簡單且成本較低，并具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，以及良好的潤滑、耐高溫和抗腐蝕特性，是一種理想的聚合物基復(fù)合材料增強(qiáng)體。

高密度聚乙烯又稱低壓乙烯，是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性樹脂。它具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定性好，機(jī)械強(qiáng)度高，常用于制備塑料管材。與其它塑料管材（PVC、聚丙烯等）相比，高密度聚乙烯管材具有耐環(huán)境應(yīng)力、耐開裂、抗蠕變性好、耐腐蝕、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)廣泛地應(yīng)用于燃?xì)廨斔汀⒐┧盼邸⑥r(nóng)業(yè)灌溉以及郵電通訊等領(lǐng)域。但目前的PE管材易磨損，耐磨性較差，大大降低了PE管材的使用壽命，造成資源的浪費(fèi)。因此研究開發(fā)一種耐磨性能高的高密度聚乙烯管材的制備方法，十分重要和必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料及其制備方法，可提高復(fù)合材料的摩擦磨損性能和力學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含的組分按質(zhì)量份計(jì)為：高密度聚乙烯98~99.5份、石墨烯微片0.5~2份和硅烷偶聯(lián)劑0.05~0.2份，所述硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量為石墨烯微片質(zhì)量的10%。

進(jìn)一步地，所述的石墨烯微片為碳層數(shù)大于10層的超薄石墨烯層狀堆積體，其保持了石墨原有的平面型碳六元環(huán)共軛晶體結(jié)構(gòu)；所述超薄石墨烯層厚度為5-100nm，該石墨烯微片的主要參數(shù)為：長度4.4-19.5μm，寬度2.3-9.4μm，厚度0.04-0.1μm，其在復(fù)合材料中分散程度和剝離程度非常高，片層間能彼此充分接觸從而更有利于材料內(nèi)部的應(yīng)力傳遞，因此復(fù)合材料斷面存在著更多的立體形貌，可以吸收更多的斷裂能，從而材料的力學(xué)性能得到明顯提高。

上述石墨烯微片/高密度聚乙烯復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將干燥至恒重的石墨烯微片、高密度聚乙烯和硅烷偶聯(lián)劑按配比配制成各組分原料后機(jī)械混合均勻；

（2）熔融擠出：將混合均勻的原料加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，在140℃溫度下進(jìn)行熔融共混，并在145℃溫度下擠出；

（3）注射成型：將步驟2）中擠出物料注射成型，其中注射成型工藝為：模具溫度為45～55℃，注射筒溫度為215～225℃，注射壓力為0.2～0.3MPa，保壓壓力為0.2～0.3MPa，注射時(shí)間為20s，合模時(shí)間為22s。

優(yōu)選地，模具溫度為50℃，注射筒溫度為220℃，注射壓力為0.25MPa，保壓壓力為0.25MPa。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明采用石墨烯微片而不是石墨烯作為增強(qiáng)填料，大大降低了高密度聚乙烯復(fù)合材料的成本，同時(shí)復(fù)合材料通過添加石墨烯微片，能夠明顯地提高HDPE材料的硬度和拉伸彈性模量，降低HDPE材料的摩擦系數(shù)和磨損率。