[发明专利]一种浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明方法涉及高分子技术领域，具体涉及一种高性能的浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米复合材料是以树脂、橡胶、陶瓷和金属等基体为连续相，以纳米尺寸的金属、半导体、刚性粒子和其他无机粒子、纤维、纳米碳管等改性剂为分散相，通过适当的制备方法将改性剂均匀性地分散于基体材料中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系，这一体系材料称之为纳米复合材料，纳米复合材料由于其优良的综合性能，特别是其性能的可设计性被广泛应用于航空航天、国防、交通、体育等领域。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料，因其具有非凡的力学性能、优异的导电性和导热性、阻隔性能、高的比表面积以及独特的二维结构等，非常适合于构筑高性能聚合物基纳米复合材料，也是聚合物理想的纳米填料，常被用作复合材料中的增强相和功能相。尼龙是用量最大的工程塑料，具有机械强度高、耐磨和抗疲劳性好等优点，同时，也存在模量低和易吸水等缺点。当石墨烯作为尼龙的增强相时，可以借助石墨烯的优异特性来改善尼龙相关性能，如结晶性能、热稳定性、导电、导热和力学性能等，以拓展其应用范围，因而石墨烯/尼龙复合材料的研究成为目前聚合物基纳米复合材料的热点课题之一。

中国专利CN103215689A，一种石墨烯改性尼龙6纤维的制备方法，是将石墨烯进行羧基化﹑酰氯化处理后，再经二元胺处理得到表面带有活性氨基的氧化石墨烯；利用氨基化的石墨烯与己内酰胺通过引发剂6-氨基己酸进行聚合反应，制备石墨烯改性的尼龙6熔体，采用熔融纺丝工艺，经纺丝、拉伸，得到石墨烯改性的尼龙6纤维。Zhang等采用原位聚合的方法制备出氧化石墨烯（GO）/尼龙6复合材料，具体是将尼龙6接枝到氧化石墨烯的表面，制备PA6-g-GO纳米复合材料，结果表明所制得的复合材料在拉伸强度和模量等性能方面有一定的提高[Facilepreparationrouteforgrapheneoxidereinforcedpolyamide6compositesviainsituanionicring-openingpolymerization.J.Mater.Chem.,2012,22:24081~24091]。Xu等也采用原位聚合的方法制备出氧化石墨烯增强尼龙6纳米复合材料，先制备氧化石墨烯，然后将尼龙6接枝到氧化石墨烯的表面，制得纳米复合材料，在强度和模量等性能方面也均有提高[InsituPolymerizationApproachtoGraphene-ReinforcedNylon-6Composites.Macromolecules.2010,43：6716~6723]。

上述尼龙/石墨烯复合材料的制备，都采用的是氧化石墨烯（GO）或其他改性石墨烯，而不是纯的石墨烯。实际上，当石墨烯被氧化或其他改性后，其在物理性质上会有显著的改变，改性的石墨烯在力学和热学等性能方面与纯石墨烯的有很大差距，用改性的石墨烯对聚合物进行改性肯定不如用纯石墨烯对聚合物改性的效果好。当然，纯石墨烯由于其自身的低表面活性，使得其较难在聚合物基体中达到好的分散，因此，纯石墨烯在聚合物基体中的有效分散决定了石墨烯/聚合物纳米复合材料整体性能的增强程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其制备方法，在达到纯石墨烯有效分散的情况下通过阴离子开环聚合的方法制备出浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）将石墨烯在熔融聚酰胺单体中进行预分散，所述石墨烯质量占聚酰胺单体质量的0.001~30%；

（2）在预分散的石墨烯/聚酰胺单体混合熔液中加入催化剂、活化剂和其他助剂，然后采用原位阴离子开环聚合工艺浇铸制备出石墨烯/聚酰胺复合材料。

进一步，所述聚酰胺是指分子链中含有酰胺键，重均分子量在5000~1000000的一种内酰胺的聚合物或至少两种内酰胺的共聚物。

更进一步，所述内酰胺是指环状酰胺或环状酰胺衍生物中的至少一种。

更优的，所述环状酰胺或环状酰胺衍生物为戊内酰胺、己内酰胺、庚内酰胺、辛内酰胺、壬内酰胺、癸内酰胺、十一内酰胺、十二内酰胺或戊二酰亚胺或己二酰亚胺，优选己内酰胺、十二内酰胺、戊二酰亚胺或己二酰亚胺。