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CN105062058A - 一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法。所述的尼龙/石墨烯复合材料，包括以下组分重量份数的组分：尼龙树脂50-85份、石墨烯粉末10-30份、改性聚四氟乙烯5-18份、玻璃纤维1-6份、水镁石纤维2-10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2-5份、环氧树酯1-5份、丙烯酸树酯1-3份、聚苯颗粒2-6份、硝酸铅1-8份、硅烷偶联剂3-7份和助剂0.5-1份。本发明还公开了上述尼龙/石墨烯复合材料的制备方法。本发明所制备的尼龙/石墨烯复合材料，不仅制备工艺简单，而且实验结果显示所制备的尼龙/石墨烯复合材料的导热性明显改善，因而可扩大尼龙/石墨烯复合材料的实际应用。

Description

一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
尼龙（PA），聚酰胺，是分子主链上含有重复酰胺基团-[NHCO]-的热塑性树脂总称，也是五大工程塑料中最多且用量最大的一种高分子材料。由于尼龙弹性好、机械强度高、耐磨、耐酸、抗油和抗酶菌等优点，被广泛应用于汽车工业、交通运输业、机械制造工业、薄膜及日常用品。相比于金属材料，尼龙材料的成本低，且制作加工工艺更简便，但是，尼龙材料的导热不如传统的金属材料，故而限制了其在对导热性要求高的领域的应用。现有技术中，有用到导热良好的氧化铝、氧化镁和碳化硅来改善尼龙的导热性，制备各种尼龙基复合材料，然而，这些尼龙基复合材料的导热系数仍然较低，通常这些复合材料的导热系数仍低于1W/(m·k)，不能满足实际需求。
发明内容
要解决的技术问题是：解决尼龙基材料的导热性不佳，不能满足实际应用需求的问题，提供一种尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法。
技术方案：为了解决上述问题，本发明提供了一种尼龙/石墨烯复合材料，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂50-85份、石墨烯粉末10-30份、改性聚四氟乙烯5-18份、玻璃纤维1-6份、水镁石纤维2-10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2-5份、环氧树酯1-5份、丙烯酸树酯1-3份、聚苯颗粒2-6份、硝酸铅1-8份、硅烷偶联剂3-7份和助剂0.5-1份。
优选的，一种尼龙/石墨烯复合材料，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂63-78份、石墨烯粉末15-25份、改性聚四氟乙烯8-13份、玻璃纤维3-6份、水镁石纤维5-10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯3-5份、环氧树酯2-5份、丙烯酸树酯1-3份、聚苯颗粒2-6份、硝酸铅2-8份、硅烷偶联剂5-7份和助剂0.5-1份。
优选的，一种尼龙/石墨烯复合材料，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂65份、石墨烯粉末18份、改性聚四氟乙烯10份、玻璃纤维2份、水镁石纤维6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯4份、环氧树酯5份、丙烯酸树酯2份、聚苯颗粒3份、硝酸铅3份、硅烷偶联剂6份和助剂1份。
优选的，所述尼龙树脂为PA66、PA12和PA610中的至少一种。
优选的，所述改性聚四氟乙烯为由陶瓷纤维改性。
优选的，所述助剂包括抗氧化剂、分散剂和耐高温助剂。
优选的，所述的硅烷偶联剂为A-171、A-172和KH550的至少一种。
以上所述的一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂和石墨烯粉末先按一定比例研磨混合，再加入一定比例的改性聚四氟乙烯、环氧树酯、硅烷偶联剂和助剂在混合器中混合均匀，然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将一定比例的玻璃纤维、水镁石纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树酯、聚苯颗粒和硝酸铅在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
本发明具有以下有益效果：本发明所制备的尼龙/石墨烯复合材料，不仅制备工艺简单，而且实验结果显示所制备的尼龙/石墨烯复合材料的导热性明显改善，导热系数为2.23~5.47W/(m·k)，均大于1W/(m·k)，因而可扩大尼龙/石墨烯复合材料的实际应用。
具体实施方式：
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂50份（包括PA66：30份和PA12：20份）和石墨烯粉末10份研磨混合，再加入由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯5份、环氧树酯1份、硅烷偶联剂（KH550）3份和助剂0.5份，在混合器中混合均匀，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.2份、分散剂0.2份和耐高温助剂0.1份；然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维1份、水镁石纤维2份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2份、丙烯酸树酯1份、聚苯颗粒2份和硝酸铅1份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
实施例2
一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂85份（包括PA66：40份，PA12：30份和PA610：15份）和石墨烯粉末30份研磨混合，再加入由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯18份、环氧树酯5份、硅烷偶联剂（A-172）7份和助剂1份，在混合器中混合均匀，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.4份、分散剂0.4份和耐高温助剂0.2份；然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维6份、水镁石纤维10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯5份、丙烯酸树酯3份、聚苯颗粒6份和硝酸铅8份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
实施例3
一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂65份（PA12：45份和PA610：20份）和石墨烯粉末20份研磨混合，再加入由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯11份、环氧树酯3份、硅烷偶联剂（A-171）4份和助剂0.7份，在混合器中混合均匀，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.3份、分散剂0.2份和耐高温助剂0.2份；然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维3份、水镁石纤维6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯3份、丙烯酸树酯2份、聚苯颗粒4份和硝酸铅5份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
实施例4
一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂65份（PA66：45份和PA610：20份）和石墨烯粉末18份研磨混合，再加入由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯10份、环氧树酯5份、硅烷偶联剂（KH550）6份和助剂1份，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.5份、分散剂0.3份和耐高温助剂0.2份，在混合器中混合均匀，然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维2份、水镁石纤维6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯4份、丙烯酸树酯2份、聚苯颗粒3份和硝酸铅3份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
实施例5
一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂78份（PA66：78份）和石墨烯粉末25份研磨混合，再加入由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯13份、环氧树酯5份、硅烷偶联剂（KH550）5份和助剂1份，在混合器中混合均匀，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.5份、分散剂0.3份和耐高温助剂0.2份；然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维6份、水镁石纤维5份、聚对苯二甲酸乙二醇酯5份、丙烯酸树酯3份、聚苯颗粒6份和硝酸铅8份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
对比例1
在实施例4的基础上，去掉石墨烯粉末，保持其它反应条件不变。具体实施方式如下：
一种尼龙复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将尼龙树脂65份（PA66：45份和PA610：20份），由陶瓷纤维改性的改性聚四氟乙烯10份、环氧树酯5份、硅烷偶联剂（KH550）6份和助剂1份，在混合器中混合均匀，其中，助剂包括常规使用的抗氧化剂0.5份、分散剂0.3份和耐高温助剂0.2份；然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将玻璃纤维2份、水镁石纤维6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯4份、丙烯酸树酯2份、聚苯颗粒3份和硝酸铅3份在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
下表为以上各实施例的测试结果：
由上表可知，相比对比例1，实施例1至5所制备的尼龙/石墨烯复合材料的导热性的确得到很大的改善，且制备出的尼龙龙/石墨烯复合材料的导热系数为2.23~5.47W/(m·k)，均大于1W/(m·k)，可扩大尼龙/石墨烯复合材料的实际应用。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离发明原来的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂50-85份、石墨烯粉末10-30份、改性聚四氟乙烯5-18份、玻璃纤维1-6份、水镁石纤维2-10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯2-5份、环氧树酯1-5份、丙烯酸树酯1-3份、聚苯颗粒2-6份、硝酸铅1-8份、硅烷偶联剂3-7份和助剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂63-78份、石墨烯粉末15-25份、改性聚四氟乙烯8-13份、玻璃纤维3-6份、水镁石纤维5-10份、聚对苯二甲酸乙二醇酯3-5份、环氧树酯2-5份、丙烯酸树酯1-3份、聚苯颗粒2-6份、硝酸铅2-8份、硅烷偶联剂5-7份和助剂0.5-1份。
3.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，包括以下组分重量份数的组分：
尼龙树脂65份、石墨烯粉末18份、改性聚四氟乙烯10份、玻璃纤维2份、水镁石纤维6份、聚对苯二甲酸乙二醇酯4份、环氧树酯5份、丙烯酸树酯2份、聚苯颗粒3份、硝酸铅3份、硅烷偶联剂6份和助剂1份。
4.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，所述尼龙树脂为PA66、PA12和PA610中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，所述改性聚四氟乙烯为由陶瓷纤维改性。
6.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于，所述助剂包括抗氧化剂、分散剂和耐高温助剂。
7.根据权利要求1所述的一种尼龙/石墨烯复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为A-171、A-172和KH550的至少一种。
8.权利要求1~7任一项所述的一种尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将尼龙树脂和石墨烯粉末先按一定比例研磨混合，再加入一定比例的改性聚四氟乙烯、环氧树酯、硅烷偶联剂和助剂在混合器中混合均匀，然后置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物A；
将一定比例的玻璃纤维、水镁石纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯酸树酯、聚苯颗粒和硝酸铅在混合器中混合均匀，将混合物A置于烘箱中于60℃干燥8h，得到混合物B；
将混合物A置于双螺杆挤出机加料口，再将混合物B置于中间加料口，控制挤出机四个区的温度均为200℃~250℃，经熔融挤出，冷却造粒，即得尼龙/石墨烯复合材料。
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