[发明专利]一种石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法，本发明之石墨烯改性聚苯乙烯复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯100份，石墨烯20～30份，硫酸钙晶须10～20份，苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物8～12份，抗氧剂1010 0.1～0.3份，硬脂酸锌0.1～1份，钛酸酯偶联剂1～3份。本发明还包括所述石墨烯改性聚苯乙烯复合材料的制备方法。本发明之石墨烯改性聚苯乙烯复合材料，由于抗冲击性和耐热性好，特别适用于各种对抗冲击性和耐热性要求高的材料如电器壳体的制作。

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯(PS)具有优异的介电性能和电绝缘性能，作为一种塑料，聚苯乙烯价格低廉，模塑性好，透明度高，易着色，刚度大好，使其应用广泛。但是，聚苯乙烯脆性大，耐热性差，耐溶剂性差，限制了其在某些场所的运用。现有技术中虽然也有一些关于聚苯乙烯的改性研究，但其性能提高有限，还有进一步提高的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有聚苯乙烯材料韧性不足、耐热性差、耐溶剂性差的不足，提供一种抗冲击性和耐热性好的石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：

本发明之石墨烯改性聚苯乙烯复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯(PS)100份，石墨烯20～30份，硫酸钙晶须10～20份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)8～12份，抗氧剂1010 0.1～0.3份，硬脂酸锌0.1～1份，钛酸酯偶联剂1～3份。

优选的重量配比为：聚苯乙烯(PS)100份，石墨烯25份，硫酸钙晶须15份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)10份，抗氧剂1010 0.2份，硬脂酸锌0.5份，钛酸酯偶联剂2份。

本发明之石墨烯改性聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂，加入到高速混合机中混合5～10min(优选10min)，得改性硫酸钙晶须；改性硫酸钙晶须长径比10～30(优选15)，平均直径0.5～3(优选2.5)微米；

(2)将所述聚苯乙烯、石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌加入高速混合机中，于25～35℃(优选30℃)下混合5～10min(优选5min)，得聚苯乙烯、石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；

(3)将步骤(2)所得混合物于双螺杆中挤出造粒，料筒温度为170℃～210℃(优选190℃)，螺杆转速为100～120转/分(优选120转/分)。

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种硫酸钙的纤维状单晶体。研究表明，本发明使用之改性硫酸钙晶须具有均匀的横截面，完整的内部结构，这一特征赋予其接近晶体理论值-原子间价键的强度。由于其具有极高的强度，细微的尺寸，易与PS界面粘合，提高与基体的相容性和界面黏结力，当受外力强迫取向时，PS中的残余应力能很好地传递给硫酸钙晶须，从而提高复合材料的耐冲击强度；由于硫酸钙晶须为无机物，在PS基质中分散均匀，不易团聚，大大提高复合材料的耐热性能。

石墨烯(Graphene)是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。

石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。本发明先采用石墨烯对聚苯乙烯进行改性，得到改性聚苯乙烯化合物，其力学性能优异，耐热性、耐溶剂性好。