一种高性能单体浇铸尼龙/石墨烯纳米复合材料及其原位聚合制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种单体诱铸尼龙/石墨締纳米复合材料及其制备方法，属于聚合物 合成及加工领域。
【背景技术】
[0002] 单体诱铸尼龙（简称MC尼龙）是应用己内酷胺阴离子开环聚合技术发展起来的 新型工程塑料，其分子量高，结晶度高，密度大，因而机械强度、刚度、耐磨性能比一般尼龙 优异，耐化学性能好，吸水性小，尺寸稳定性好，并可采用在热模具中将聚合及成型合而为 一的本体聚合方式，特别适于大型尼龙成型制品，在许多领域中正逐步替代铜、侣、钢铁等 金属材料，广泛用于机械、石油化工、纺织、交通、建筑、冶金等行业。石墨締是sp2杂化碳原 子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的炭材料，具有优异的力学、热学、电学性能和耐磨 自润滑性，其强度达130GPa，是目前强度最高的材料；载流子迁移率高达15000cm2·ν1'S1， 是目前已知的在常溫下导电性能最好的材料。因此，将石墨締与MC尼龙复合，可进一步提 高MC尼龙力学性能、耐磨自润滑性、耐老化性，赋予其高的导电性，W拓宽其在航空航天、 汽车、电子电气等领域的应用，满足实际更高的应用需求。
[000引人们已开展了对MC尼龙/石墨締纳米复合材料高性能化相关的研究工作。中国 专利CN101928457A，公开了一种直接添加0. 1-5%石墨締原位聚合的铸型尼龙/石墨締 复合材料，所制备的复合材料机械性能有所提高，但抗冲击性能和摩擦性能较差。中国专 利CN102352035A，公开了一种渗有石墨締改性的铸型尼龙复合材料，该复合材料采用在 持续揽拌条件下的超声方法使石墨締在己内酷胺中分散均匀，所制备的复合材料在保持 拉伸性能的同时，抗冲击性能有较大改善。龙春光等，长沙理工大学学报（自然科学版）， 2014,，11(2)，对采用原位聚合法制备的石墨締增强MC尼龙复合材料的力学性能和摩擦性 能进行了研究，结果表明复合材料的拉伸强度有较大改善，但摩擦系数变化不大。吴田田， 河北工业大学硕±论文，2014,将氧化石墨和己二胺在无水乙醇中超声分散，并在加热的条 件下通氮气、冷凝回流制备胺基改性氧化石墨締，进而制备了MC尼龙/胺基化氧化石墨締 纳米复合材料，结果表明复合材料的力学性能和耐热性得到了提高。石墨締的加入使MC尼 龙具备优良的力学、热学、电学等综合性能，但在W上制备方法中，直接将石墨締渗入基体 不利于石墨締在MC尼龙基体中的分散性与相容性，或石墨締偶联改性方法比较繁琐。结构 完整的石墨締由苯环组成，化学稳定性高，表面呈惰性，与其它介质作用弱；且石墨締片层 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 方法实现石墨締在尼龙基体中的良好分散，是制备高性能MC尼龙/石墨締纳米复合材料的 关键。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高性能MC尼龙/石墨締纳米复 合材料及其制备方法，其特点是采用具有合适分子量的聚酸类化合物插层修饰氧化石墨 締，还原后均匀分散于己内酷胺单体中，通过原位聚合制备MC尼龙/石墨締纳米复合材料， 赋予MC尼龙优异的力学性能、耐磨自润滑性、耐老化性、导电性等综合性能。
[0005] 本发明的目的由W下技术措施实现，其中所述原料分数除特殊说明外，均为重量 份数。
[0006] MC尼龙/石墨締纳米复合材料起始原料配方组分为：
[0007] 曰内醜胺 100份 氧化石墨矯 0.1-20份 碱催化剂 0.01-10份 多屛氛酸醋活化剂 0.01~]0份 聚離类化合物 0.1~20份 还原剂 0.0]-100份
[0008] 其中，碱催化剂为金属钢、金属钟、氨氧化钢、己内酷胺钢、甲醇钢中的任一种；多 异氯酸醋活化剂为甲苯二异氯酸醋、二苯基甲烧二异氯酸醋、六亚甲基二异氯酸醋、异佛尔 酬二异氯酸醋、Ξ苯甲烧Ξ异氯酸醋中的任一种；
[0009] 聚酸类化合物为分子量200~50000g/mol的端径基聚氧化乙締、分子量200~ 50000g/mol的端径基聚氧化丙締、分子量200~50000g/mol的端氨基聚氧化丙締酸、分子 量200~50000g/mol的端氨基聚氧化乙締酸中的任一种；
[0010] 还原剂为水合阱、棚氨化钢、维生素C、巧樣酸钢、正下胺、异丙醇、苯甲醇、对苯二 酪中的任一种。
[0011] 氧化石墨締的偶联及还原处理：
[0012] 将1-5份氧化石墨締分散在500-2000份、体积比为1/1的乙醇/水混合液中，加 入0.1-20份聚酸类化合物于室溫揽拌均匀，采用协同超声波分散10-200min，超声波功率 为100-5000W、频率为10000-100000监，超声溫度为40-100°C;然后加入0.Ol-lOOg还原剂， 于50-100°C油浴中还原反应2-lOh，产物过滤，用蒸馈水洗涂，于90°C干燥化至恒重；
[0013] 其中，协同超声波分散为紫外光协同超声波分散，紫外光的波长为100-400nm、功 率为10W-1000W;微波协同超声波分散，微波频率为10-10000MHZ、功率为10W-10000W中的 任一种； 阳014] MC尼龙/石墨締纳米复合材料的制备：
[0015] 将100份己内酷胺在90°C~130°C使之完全融化，加入0. 1-20份上述经偶联 及还原处理的氧化石墨締，在功率100-3000W、频率10000-100000监的超声作用下分散 lO-lOOmin;升溫至125°C~150°C，减压蒸馈除去水分；然后将0. 01-10份碱催化剂加入反 应蓋内，再次进行真空蒸馈除水，升溫至135-160°C，卸除真空，并迅速加入0. 01-10份多异 氯酸醋活化剂，揽拌均匀，迅速注入已预热至160-200°C的模具中，聚合反应20-120分钟， 自然冷却后脱模。
[0016] 本发明具有如下优点
[0017] 本发明旨在制备一种高性能MC尼龙/石墨締纳米复合材料。针对石墨締片层间存 在较强范德华力、易团聚而难W分散的问题，采用具有合适分子量的聚酸类化合物修饰氧 化石墨締，并采用协同超声波分散方法促进插层分散，同时还原后分散于己内酷胺单体中， 通过原位聚合制备MC尼龙/石墨締纳米复合材料。聚酸类化合物分子上的径基、胺基、酸 基可与氧化石墨締表面的簇基、胺基等极性基团形成化学键作用或氨键作用，通过插层作 用使石墨締片层剥离分散；同时聚酸类化合物可与尼龙分子上的胺基形成氨键作用，从而 发挥MC尼龙/石墨締界面桥梁作用；进一步通过原位聚合，使石墨締更加均匀分散于己内 酷胺单体中，增强界面插层作用，从而利用石墨締优异的力学、热学、电学性能和耐磨自润 滑性，有效提高MC尼龙力学性能、耐磨自润滑性、耐老化性、导电性等，获得综合性能优异 的MC尼龙/石墨締纳米复合材料。
【具体实施方式】