[发明专利]一种石墨烯改性剂、石墨烯增强复合体材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合体材料，特别是涉及一种石墨烯改性剂、石墨烯增强复合体材料及其制备方法。

背景技术

传统的金属/合金与塑料复合体制备技术，一般是通过在金属/合金结构件与塑料制件设置固定结构来实现的，这就要求在金属/合金结构件上增加连接结构；但金属/合金的加工效率低成本较高，且无法制作形状较复杂的结构，这极大地限制了金属/合金结构件在电子产品、精密医疗器械、汽车车身部件中的实际应用。

虽然已知可以通过纳米模内成型技术(即NMT技术)实现金属/合金与塑胶制备复合体材料；然而，由于该方法所用的塑胶是添加了一定含量的玻璃纤维作为增强体，这种塑胶和金属/合金通过NMT技术一体化后，在进行机械拉伸强度测试时，由于玻璃纤维增强效果的有限性，普遍发生塑胶部分被拉断，而塑胶与金属/合金二者结合部位未被拉断的问题，导致无法准确测定金属/合金与塑胶的真实结合强度。

石墨烯是继富勒烯和碳纳米管之后出现的一种新型二维碳纳米材料，具有碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构和丰富的功能结构基团；石墨烯具有优异的力学性能，其强度要比最好的钢铁高100倍，将其用于制备高强度复合体材料具有广阔的市场应用前景。

中国专利文献(CN104042868A)公开了一种类石墨烯改性制备导热塑料的方法，该方法通过化学酸化处理天然石墨，以插层剂对石墨进行插层处理，先后通过辗压和模压制备类石墨烯，和塑料一起放入双螺杆造粒机中混合制备石墨烯改性塑料；类石墨烯具有高比表面，有很强的吸附性，颗粒之间容易发生团聚，而上述方法制备的类石墨烯的分散性比较差，使用偶联剂也不易解决颗粒团聚的问题。

中国专利文献(CN103540104A)公开了一种氧化石墨烯增强乙烯基酯复合材料的方法，但石墨烯不易与塑胶主体之间进行均匀混合，所得到的的复合体材料其增强作用效果有限。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种有效处理石墨烯以改善其在复合体材料中的性能的石墨烯改性剂，同时提供一种石墨烯增强复合体材料，还提供一种可操作性好、生产成本经济、能耗低的石墨烯复合体材料制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性剂，包括：

有机溶剂1000份；

R取代苯基环氧乙烷和/或其有机衍生物25-205份，其中R为氯、溴、氯甲基或溴甲基；

1,4-Y取代-2-丁烯和/或其有机衍生物30-165份，其中Y是氯、溴或胺基。

所述有机溶剂包含苯、甲苯、二氯甲烷、丁醚、乙醚、二硫化碳、四氢呋喃中的一种或几种。

R基团是苯环上的邻位、对位、间位。

1,4-Y取代-2-丁烯和/或其有机衍生物包括顺反异构。

一种石墨烯复合体材料制备方法，包括以下步骤：

a.将所述的石墨烯改性剂与15-135份的石墨烯的混合，将有机溶剂蒸出，得到石墨烯与剩余有机成分的混合物；

b.将所述石墨烯与剩余有机成分的混合物与塑胶混合，通过注射成型与金属/合金基材成型为一体。

步骤a包括：将所述石墨烯改性剂装入反应釜中，同时加入所述石墨烯，在60-80℃水浴中加热，反应时间6-20min；再将温度调高以将有机溶剂蒸出，得到石墨烯与剩余有机成分的混合物。

步骤b中，所述混合物与塑胶通过双螺杆造粒机进行混合造粒得到注塑原料，注塑时模具温度控制在60-95℃。

所述石墨烯的表面保留有羟基、环氧基、羧基或羰基功能基团。

所述金属/合金基材为铝合金、不锈钢、铜合金、钛合金或镁合金，所述塑胶是结晶型热塑性塑料，优选包含聚己二酰己二胺(PA66)或聚己内酰胺(PA6)树脂及其衍生物的一种或几种。

一种石墨烯增强复合体材料，是由所述的石墨烯复合体材料制备方法制得。

本发明的有益效果：

通过本发明的石墨烯改性剂处理和制备得到的石墨烯增强复合体材料，经测试，塑胶与金属结合部位的结合强度高，塑胶部分在测试时不易发生断裂，利用该石墨烯增强复合体材料制作的产品，材料结合强度高，结构稳定可靠，不易出现松动的现象。而且，本发明的石墨烯改性剂和石墨烯增强复合体材料的制备简单，成本经济。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

在一些实施例中，一种石墨烯改性剂，其包括：