[发明专利]一种高性能石墨烯尼龙6复合材料制备方法

说明书

一种高性能石墨烯尼龙6复合材料制备方法，属于高分子复合材料领域。采用原位共聚法，在己内酰胺中添加较高含量的氧化石墨烯，然后进行己内酰胺的开环聚合，通过和表面官能团之间的接枝反应，将尼龙接枝到氧化石墨烯上，制备出石墨烯尼龙6母粒。然后采用熔融共混挤出的方法，将该母粒按一定的比例与纯尼龙6进行共混，从而制备出性能优异的石墨烯尼龙6复合材料。本发明所涉及到的石墨烯尼龙6复合材料具有极佳的强度和韧性，并且本发明的生产工艺仅需对现在工艺进行简单改进，适合工业生产。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，涉及一种石墨烯尼龙6母粒及高性能石墨烯尼龙6复合材料制备方法，所合成的石墨烯尼龙6复合材料具有力学性能优异的特点。

背景技术

尼龙6是工程塑料中开发最早的品种，是目前聚酰胺塑料中产量最大的品种之一。与其它工程塑料相比，PA6具有力学强度高、电气性能良好、耐磨、抗震吸音、耐油、耐弱酸、弱碱及弱极性有机溶剂、加工流动性好等优良的综合性能。但是PA6也存在着耐强酸强碱性差、湿态和低温冲击强度低、吸水率大、熔体流动性大、注射成型时易流延，造成加工成型工艺复杂而且影响了其制品尺寸的稳定性，且易燃烧等缺陷，大大限制了它的应用范围。

纳米改性材料是纳米材料发展应用的一个重要方面，形成的纳米改性材料既具有高分子材料的韧性和易加工性，又具有纳米材料的刚性和特殊性能。石墨烯是继碳纳米管后，碳材料家族又一纳米级的功能性材料，目前已成为材料学、物理学、化学领域的国际热点课题。石墨烯具有机械强度高，稳定性好，原料来源丰富等优点，这为石墨烯尼龙纳米复合材料的研究提供了可能性。

以石墨烯这种纳米材料改性尼龙，突破了改性尼龙所局限的传统材料。改性方式也不再使用传统的物理共混，而改成与己内酰胺原位聚合，很好的解决了物理共混所伴有的分散不好的问题，氧化石墨烯表面的官能团与尼龙酰胺键的强极性作用，使得两者界面结合大大增强，接枝的尼龙分子链也使两者的相容性得到改善。石墨烯上大量的羧基官能团虽然有利于尼龙的接枝，但是由于羧基是尼龙的封端剂，在聚合过程中会限制尼龙链的增长，导致最后随着氧化石墨烯含量的增加，尼龙的分子量会逐渐减低，这样最后反而会影响尼龙的性能。使用母粒的方法，首先制备高含量的石墨烯尼龙6复合材料母粒，虽然母粒的分子量和各方面性能较差，但可以在氧化石墨烯表面接枝一定量的尼龙分子链。在随后的共混加工过程中，增加了与尼龙基体的相容性，使石墨烯在尼龙基体里的均匀分散，制备出高性能石墨烯尼龙6复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯尼龙6母粒及高性能石墨烯尼龙6复合材料制备方法，采用原位共聚法，在己内酰胺中添加较高含量的氧化石墨烯，然后进行己内酰胺的开环聚合，通过和表面官能团之间的接枝反应，将尼龙接枝到氧化石墨烯上，制备出石墨烯尼龙6母粒。然后采用熔融共混挤出的方法，将该母粒按一定的比例与纯尼龙6进行共混，从而制备出性能优异的石墨烯尼龙6复合材料。

为解决上述问题，本发明采取的方案如下：

一种高性能石墨烯尼龙6复合材料制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

(1)将表面含羧基的氧化石墨烯水溶液与己内酰胺混合，超声振荡，得到均匀混合液；

(2)将步骤(1)中产物转移至高温高压反应釜中，通入氮气和抽真空循环操作多次，排出釜内空气，高速搅拌，按一定聚合工艺进行反应；

(3)步骤(2)反应结束后，产物经过水冷取出，粉碎后在沸水中进行萃取；

(4)将步骤(3)所得产物取出，在真空烘箱中进行真空加热干燥处理，即可得到石墨烯尼龙6母粒；

(5)将步骤(4)母粒与尼龙6粒料按照一定的配比使用双螺杆挤出机进行共混，即可得到高性能石墨烯尼龙6复合材料。