[发明专利]一种石墨烯/玻璃纤维增强ABS复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，特别涉及一种石墨烯/玻璃纤维增强ABS复合材料及其制备方法。

背景技术

ABS（丙烯睛-丁二烯-苯乙烯三元共聚物）是20世纪40年代开发的一种新型通用的热塑性工程塑料，是一种以聚丁二烯链为骨架的苯乙烯和丙烯睛的接枝共聚物与苯乙烯、丙烯睛共聚物共混而成的多相聚合物。ABS具有良好的综合性能：耐化学腐蚀、加工流动性以及较高的表面硬度、耐热性、韧性、冲击性能和刚性，目前已经被广泛地用于制作各种机械、仪器设备的零部件及电器、仪表的外壳。但是，ABS较大的成型收缩率、较低的热变形温度和较低的弯曲强度，给制品的加工和后组装带来了一定的难度。玻纤增强复合材料是以聚合物为基体，以玻纤为增强材料而制成的复合材料，综合了聚合物和玻纤的性能。研究表明在ABS中加入纤维材料，可大大的增强材料的强度和收缩率，以及提高材料的耐热性。

橡塑行业业内已开展了对ABS/石墨烯纳米复合材料高性能化相关的研究工作。中国专利申请号201510446241.3，公开一种石墨烯-ABS复合阻燃塑料及其制备方法，在提高阻燃性能的同时未影响ABS的其他性能。中国专利申请号201510589095. X，提供了一种LED用纳米氮化硅-石墨烯填充改性的PA6/ABS复合导热塑料及其制备方法，该导热塑料将PA6与ABS混合使用，复合材料在可塑性、耐久性、电气绝缘性方面表现优异；中国专利201410456105.8，具体涉及一种本体原位聚合制备石墨烯/ABS复合材料的方法。该法将橡胶溶解在溶剂中，加入苯乙烯、丙烯睛单体、石墨烯，进行本体聚合，获得了石墨烯/ABS复合材料；中国专利201410456117. 0，提供一种原位改性ABS树脂的方法。该方法在乳液接枝SAN掺混法的过程中引入了石墨烯，通过改变石墨烯的添加量以及添加方式，可以在较大范围内调节复合材料的导热、导电以及力学性能从而获得了性能优异的复合材料。

相关研究表明石墨烯的加入使ABS复合材料具备优良的力学、热学、电学等综合性能，但在以上制备方法中，直接将石墨烯掺入基体不利于石墨烯在ABS基体中的分散性与相容性；而通过石墨烯原位聚合、偶联改性等方法制备复合材料，在实际生产中工艺繁琐，石墨烯的形态和性能变化难于控制。结构完整的石墨烯由苯环组成，化学稳定性高，表面呈惰性，与其它介质作用弱；且石墨烯片层间存在较强范德华力，易团聚，极大限制其研究应用；如何采用高效简便、易于实施应用的方法实现石墨烯在ABS材料中的良好分散，是制备高性能ABS/石墨烯纳米复合材料的关键。将环氧树脂添加到玻璃纤维增强ABS材料中，能够有效的消除浮纤现象，而通过选择原料和控制制备条件，石墨烯在环氧树脂中能够实现良好的分散性。因此本发明首先利用环氧树脂对石墨烯的分散性，制得石墨烯分散液，再将石墨烯-环氧树脂添加到ABS复合材料，得到一种新型石墨烯/玻璃纤维增强ABS复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/玻璃纤维增强ABS复合材料及其制备方法，该材料具备了石墨烯添加量低，良好的力学性能、加工性能和热稳定性。在消除玻璃纤维增强ABS复合材料的浮纤现象的同时，实现了石墨烯在复合材料中的均匀分散。

为达到上述目的，本发明提供的复合材料包括以下重量份数的组分：60-90质量份的ABS、5-20质量份的环氧树脂、0.01-5质量份的石墨烯、1-6质量份的玻璃纤维、0.01-0.1质量份的硅烷偶联剂、1-2质量份的乙醇、0.05-2质量份的抗氧化剂、0.5-3质量份的相容增韧剂。

所述ABS为丙烯睛、丁二烯和苯乙烯的共聚物，其中丁二烯单元的百分含量为10-40 wt%；所述环氧树脂为二酚基丙烷型环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂和脂环族环氧树脂中的至少一种；所述的玻璃纤维为无碱短切玻璃纤维，长度为3-12mm所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷，乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷和乙烯基三甲氧基硅烷的至少一种；所述抗氧化剂选自季戊四醇酯、亚磷酸酯、丙酸正十八碳醇酯中的一种或者几种；所述相容增韧剂选自硅酮粉、改性乙撑双脂肪酸酰胺、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯-丁二烯共聚物。

所述石墨烯具有以下性能参数：片径为5-500微米，吸光率为3%-5%，本发明所用的石墨烯通常为具有单层或多层结构的石墨烯，优选片径为10-50微米，厚度为1-5纳米，比表面积为20m-800m²/g的单层石墨烯，单层石墨烯比表面积更大，制品的热性能增强更明显，因此优选。