[發明專利]系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法

在審

• 申請號: 202110456607.0
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113276376A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 吳婷;徐文華;瞿金平
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B29C48/00
• 分類號: B29C48/00;B29C48/92;C08J9/12;C08L23/06;C08K7/24
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 梁睦宇

本發明公開了一種系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法，包括以下步驟：S1、將膨脹石墨浸泡到去離子水中，并攪拌，獲得載水膨脹石墨；S2、將聚合物基體與載水膨脹石墨預混，再喂入到基于體積脈動形變塑化輸運技術的混煉設備中進行熔融共混，混合物在混煉設備中經歷周期性地體積壓縮?釋放協同蒸汽爆破所引發的系列爆炸效應，膨脹石墨原位剝離為石墨烯納米片并同步均勻分散于聚合物基體中，以制得聚合物基石墨烯復合熔體；S3、待聚合物基石墨烯復合熔體內部的石墨烯納米片和自由水均勻分散和分布后，將聚合物基石墨烯復合熔體連續擠出，制得聚合物基石墨烯泡沫。本發明實現了聚合物基石墨烯泡沫的連續高效成型和綠色低成本制造。

技術領域

本發明涉及復合材料成型加工技術領域，具體涉及一種系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法。

背景技術

聚合物泡沫因具備輕質、隔音、保溫、絕緣等優點而被廣泛應用于包裝材料、體育器械、汽車零件、電子封裝以及航空航天等領域。通過在聚合物泡沫中進一步引入功能性填料，如石墨烯、碳納米管、碳納米纖維、MXene、層狀硅酸鹽等，賦予其導電、導熱、阻燃、電磁屏蔽等功能性，已成為近年來備受矚目的研究前沿和熱點。在眾多功能性納米填料中，石墨烯以其獨特的結構和優異的性質迅速獲得科學界的青睞，是當下最有前景的先進材料之一。將其摻雜入聚合物中作為異相成核劑和增強相以制備聚合物基復合泡沫，能有效改善泡孔形態并提高制品性能，所制備的聚合物基石墨烯泡沫在能量儲存、傳感材料、電子器件、生物材料、油水分離和海水凈化等領域具有廣闊的應用前景。

目前主流的聚合物基石墨烯泡沫的成型加工流程必須經過如下三個環節：環節①—制備石墨烯：近年來國內外發展比較成熟的用于制備高質量石墨烯的方法主要包括微機械剝離法、化學氣相沉積法、氧化插層再還原法和液相剝離法；這些制備方法各有所長，但依然存在以下一種或多種技術缺陷，比如所生產石墨烯納米片的橫向尺寸較小且存在面內缺陷、產量較低且副產物較多、制備過程復雜且周期極長、制備過程化學試劑大量使用且不綠色環保等，這些技術缺陷極大地限制了石墨烯的大規模生產和應用。環節②—制備石墨烯納米復合材料：目前石墨烯納米復合材料的制備主要采用原位聚合、溶液混合、乳液混合和熔融共混等方法；前三種方法能夠在石墨烯與聚合物基體之間形成較強的界面作用并有利于改善石墨烯的分散效果，從而大幅度增強和功能化改性聚合物基體，但不可避免地存在制備周期較長、制造成本較高、有毒化學試劑大量使用以及不適用于工業化生產等先天缺陷；熔融混合作為一種經濟高效、環境友好地制備石墨烯納米復合材料的加工方法而被廣泛應用于工業化生產中，但由于在熔融混煉過程中石墨烯極易發生團聚，即使在多步混合后石墨烯的分散均勻性仍受到限制，導致復合材料的最終宏觀性能達不到預期效果。環節③—制備聚合物基石墨烯泡沫：迄今為止，能夠在工業上大規模制備聚合物泡沫的發泡方式主要是以主要包括小分子烷烴及其氟氯衍生物等發泡劑為代表的傳統化學發泡方法，過程中所使用的發泡劑化合物的分解往往對環境有害或可燃；以惰性氣體、超臨界流體為代表的新型綠色物理發泡劑具有來源廣、價格低、無污染以及不可燃等優點，但所用設備較化學發泡投資大、成本高，這在一定程度上限制了其使用范圍。整體而言，這三個難以建立明確響應關系的制造環節在大多數研究工作和實際生產中都是相互獨立完成的，由此帶來的工藝復雜、價格高昂、穩定性差、環境污染等問題極大地限制了聚合物基石墨烯泡沫的規模化生產與工程應用。

由此可見，開發一種高性能多功能化聚合物基石墨烯泡沫的連續、高效、綠色制備方法顯得尤為必要，這將有助于克服當前功能性泡沫材料制備過程中存在的工藝復雜、價格高昂、穩定性差、環境不友好等重大缺陷，具有重要的科學與現實意義。

發明內容

本發明的目的是為了克服以上現有技術存在的不足，提供了一種系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法。此系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法的工藝簡單、穩定性好、污染低。

本發明的目的通過以下的技術方案實現：本系列爆炸協同共混的聚合物基石墨烯泡沫擠出成型方法，包括以下步驟：

S1、將膨脹石墨浸泡到去離子水中，并充分攪拌，以獲得載水膨脹石墨；