[发明专利]一种石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种新型的纳米材料，拥有很多优异的特殊性质，尤其是它具有很高的强度和刚度，是目前已知材料中最高的。石墨烯有这么优异的强度和刚度是因为石墨烯的原子结构中，碳原子与碳原子之间所成的键是最强的化学键σ键。石墨烯除了拥有非常优异的强度和刚度以外，还具有优异的韧性和一些特殊的变形机制。

   PMI泡沫塑料是目前强度和刚度最高的耐热泡沫塑料，并具有优异的抗热蠕变性能。PMI泡沫塑料强极性、高刚性的分子结构和100％闭孔的泡孔结构都保证了其耐热性、强度和刚度。但是泡沫塑料的拉伸强度和模量、压缩强度和模量、剪切强度和模量、弯曲强度和模量都随着泡沫塑料密度的减小而明显降低，因此可以通过加入石墨烯来进一步增强PMI泡沫的力学性能。但是石墨烯在制备PMI泡沫的母体溶液中分散效果不佳，极易发生团聚。使得制备出的PMI泡沫会出现力学性能不均匀，增强效果不明显的现象。

发明内容

为了解决随着PMI泡沫的拉伸强度和模量、压缩强度和模量、剪切强度和模量、弯曲强度和模量等力学性能随密度减小而明显降低这一问题。本发明的目的是提供一种石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法，该方法通过使用拥有优异强度和刚度的石墨烯来进一步增强PMI泡沫的机械力学性能，制备出高度分散的石墨烯增强PMI泡沫。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料的制备方法，其特征在于：该方法将以下重量份比的配方组分进行高速搅拌混合并在超声分散仪中将石墨烯高度分散于原料中，将原料液灌注入玻璃模具中，在闭合模具中发生聚合反应并发泡而成；

石墨烯                       2~20

甲基丙烯腈                   40~60

甲基丙烯酸                   40~60

引发剂                       0.1~0.3

发泡剂                       0.5~8.0

交联剂                       2.0~3.0

成核剂                       0.5~2.0

具体制备步骤如下：

（1）将单体、引发剂、交联剂、发泡剂、成核剂按照重量份比进行混合，在15-25℃的水浴温度下，通过1000~3000r/min搅拌机转速混合1~3h将反应液搅拌均匀；

（2）将石墨烯加入反应液中，将混合液放置于超声分散仪中在5kHz~50kHz频率下，超声分散20~50min,可将石墨烯高度分散于原料中；

（3）将原料液灌注进入由两块无机玻璃板和橡胶制成的闭合磨具中，注入原料液后通过不锈钢夹子将模具四面夹紧；

（4）将灌入原料液的玻璃磨具放入具有循环水功能水浴锅中，采用35~65℃的水浴温度，使原料液发生聚合，聚合时间48~72h，可获得可发泡的聚合板；

（5）将步骤（4）获得的可发泡聚合板顶部打孔，悬挂于可自由发泡的烘箱内；在200~220℃强循环热空气中自由发泡，发泡时间：1h~3h，获得泡沫材料；

（6）将步骤（5）获得的泡沫材料放入烘箱中进行热处理，热处理温度150~200℃，热处理10~20h，并自然冷却至室温，得到石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫材料。

本发明中，所述的引发体剂是偶氮二异丁腈或过氧化苯甲酰与偶氮二异丁腈混合物。优选的是：偶氮二异丁腈。所述的发泡剂采用丙二醇或甲酰胺，优选的是：采用丙二醇。所述的交联剂采用丙烯酰胺或甲基丙烯酰胺，优选的是：采用甲基丙烯酰胺。所述的成核剂采用尿素、甲基脲或氧化镁，优选的是：采用尿素。

本发明涉及的石墨烯增强聚甲基丙烯酰亚胺泡沫塑料与常规型的PMI泡沫相比，具有以下几点优势：

 1、由于石墨烯的原子结构中，碳原子与碳原子之间所成的键是最强的化学键σ键。使得石墨烯除了拥有非常优异的强度和刚度以外，还具有优异的韧性和一些特殊的变形机制。因此石墨烯增强材料的加入使得低密度PMI泡沫的力学性能进一步提高，使得PMI泡沫应用领域更加广泛。