[发明专利]制备石墨烯补强的聚合物基质复合材料的原位剥离法

权利要求书

1.一种用于形成石墨烯补强的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：

(a)将石墨微颗粒分配到熔融的热塑性聚合物相中；和

(b)向熔融的热塑性聚合物相施加一连串的剪切应变过程，以使所述熔融的热塑性聚合物相随着每个过程连续地剥离石墨，直到至少50％的所述石墨被剥离，以在所述熔融的热塑性聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布，从而产生与所述热塑性聚合物相共价反应以提供石墨烯聚合物结合的键。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨微颗粒通过将含有石墨的矿物质粉碎和研磨到毫米大小的尺寸来制备。

3.如权利要求2所述的方法，其中毫米大小的石墨微颗粒通过使用球磨机和磨碎机缩减至微米大小的尺寸。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述石墨微颗粒通过浮选法从微米大小的石墨微颗粒混合物提取。

5.如权利要求4所述的方法，其中所提取的石墨微颗粒通过使用具有轴向槽纹延伸的混合元件或螺旋槽纹延伸的混合元件的单螺杆挤出机掺入到聚合物基质中。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述含有石墨的聚合物基质经受重复挤出以诱导所述石墨材料的剥离，从而形成与所述聚合物基质共价结合的石墨烯纳米颗粒的均匀分散体。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述聚合物选自聚醚醚酮、聚醚酮、聚苯硫醚、聚乙烯硫化物、聚醚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚砜、聚碳酸酯、聚苯醚/氧化物、尼龙、芳族热塑性聚酯、液晶聚合物、热塑性弹性体、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、超高分子量聚乙烯、聚四氟乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛塑料、聚酰亚胺、聚芳醚酮、聚氯乙烯、丙烯酸类树脂及其混合物。

8.如权利要求7所述的方法，其中所述聚砜是芳族聚砜。

9.如权利要求7所述的方法，其中所述聚酰亚胺是热塑性聚酰亚胺。

10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述剪切应变过程被连续地施加，直到至少90％的所述石墨被剥离以在所述熔融聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布。

11.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述剪切应变过程被连续地施加，直到至少80％的所述石墨被剥离以在所述熔融聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布。

12.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述剪切应变过程被连续地施加，直到至少75％的所述石墨被剥离以在所述熔融聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布。

13.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述剪切应变过程被连续地施加，直到至少70％的所述石墨被剥离以在所述熔融聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布。

14.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述剪切应变过程被连续地施加，直到至少60％的所述石墨被剥离以在所述熔融聚合物相中形成在c轴方向上厚度小于10纳米的单层和多层石墨烯纳米颗粒的分布。

15.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中使所述石墨掺杂其它元素以将剥离的石墨烯纳米颗粒的表面化学改性。

16.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述石墨是膨胀石墨。

17.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述石墨微颗粒的表面化学或纳米结构被改性，从而增强与所述聚合物基质的粘结强度以提高石墨烯复合材料的强度和刚度。

18.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中使所述石墨烯纳米颗粒定向排列以提供所述聚合物基质相的一维、二维或三维补强。

19.通过前述权利要求中任一项所述的方法制备的石墨烯补强的聚合物基质复合材料。

20.如权利要求19所述的石墨烯补强聚合物基质复合材料，其中所述复合材料含有0.1wt％至30wt％的石墨烯。