一种超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料，其中所含超高分子量聚乙烯：橡胶：石墨烯的质量比为100：(10?100)：(0.055?4)。本发明产品将一种密度轻、强度高的填料(石墨烯)加入到超高分子量聚乙烯和橡胶复合材料，制备一种轻质高强的材料。在提升超高分子量聚乙烯韧性的同时，保持其强度，甚至对其强度有所提升，消除了橡胶的加入对超高分子量聚乙烯强度下降的影响。
【专利说明】
一种超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料及其制备工艺
技术领域
[0001]本发明涉及一种改性的超高分子量聚乙烯及其制备工艺，属于有机、无机复合材料领域。【背景技术】
[0002]超高分子量聚乙烯材料，是一种线型结构的具有强度比较高、化学性质稳定、抗老化性能强等优异性能的热塑性工程塑料。但是其具有表面硬度和热变形温度低、弯曲强度以及蠕变性能较差等缺点。一般采用共混方式进行改性，其中橡胶共混改性是常用的方法之一。由于橡胶具有很好的弹性与塑性，与超高分子量聚乙烯共混后的复合材料，其弯曲强度较好，柔韧性改善明显，蠕变性能也有较大改善，但是其强度会大大下降，这是由于橡胶的特性所决定的。一般添加无机填料来增强增韧复合材料，但是一般的无机填料只能在某一性能上面有所提升，而其他性能有所下降。比如钛白粉的加入可以使塑料强度进一步提升，但是脆性增加，刚性无机材料加入后，冲击韧性强度上升，但是拉伸强度下降。而且现有技术中，无机填料添加的比例较大，造成复合材料的密度较大，与时代发展的轻质高强理念所不符。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种又强又韧的超高分子量聚乙稀、石墨稀和橡胶的复合材料；
[0004]本发明的另一目的是提供上述复合材料的制备方法。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案来具体实现:
[0006]—种超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料，其中所含超高分子量聚乙烯: 橡胶:石墨烯的质量比为100: (10-100): (0.055-4)。
[0007]优选的，超尚分子量聚乙稀:橡|父:石墨稀的质量比为100:11:0.533。
[0008]优选的，所述石墨烯为低温还原制备的石墨烯，优选还原温度为230-300°C。
[0009]上述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，包括如下步骤: [〇〇1〇] 1)超高分子量聚乙烯与石墨烯共混
[0011]将超高分子量聚乙烯、石墨烯和分散助剂按100: (0.05-2):(0.2-1)的质量比共混挤出造粒；
[0012]3)橡胶与石墨烯共混[〇〇13]用开炼机或密炼机将石墨烯与橡胶材料在100°C-160°C加热条件下进行共混，加入分散助剂，切割造粒，其中橡胶、石墨烯、助剂的质量比为1 〇〇: (〇.05-2): (0.2-1);
[0014]3)再混
[0015]按照超高分子量聚乙烯:橡胶为100: (10-100)的质量比，将步骤1)和步骤2)的粒子混合挤出造粒，最终制备成超高分子量聚乙烯/石墨烯/橡胶复合材料。
[0016]优选的，所述步骤1)中，用双螺杆挤出机在190-240 °C下进行共混挤出造粒。进一步优选的，最佳挤出温度为210°C。
[0017]优选的，所述步骤1)中，超高分子量聚乙烯、石墨烯:分散助剂的质量比为100: 0.5:0.5〇
[0018]优选的，所述步骤2)中，开炼机或密炼机的加热温度为100_160°C，优选140°C ;
[0019]优选的，所述步骤2)中，所述切割造粒方法为:将混合好的橡胶放入橡胶母粒造粒机中，进行切割造粒。
[0020]优选的，所述步骤2)中，橡胶、石墨烯、分散助剂的质量比为100:0.3:0.5。
[0021]优选的，所述步骤3)中，用双螺杆挤出机在190-240°C下进行混合挤出造粒，优选 21(TC。[〇〇22]优选的，所述步骤3)中，所述超高分子量聚乙烯:橡胶的质量比为100:11。
[0023]所述步骤1)的分散助剂为乙烯蜡;步骤2)中的分散助剂为硅烷偶联剂，优选硅烷偶联剂KH792、硅烷偶联剂S 1-69。[〇〇24] 本发明原理:
[0025]本发明的目的在于制备一种超高分子量聚乙烯/石墨烯/橡胶复合材料，为了就是解决以往橡胶改性超高分子量聚乙烯时，强度下降的缺点。石墨烯本身具有很高的强度，低温还原制备出的石墨烯具有很多的含氧官能团，其能与橡胶紧密的结合，提高与橡胶的相容性，然后与超高分子量聚乙烯进行共混，改善复合材料的力学强度，得到一种又强又韧的复合材料。此复合材料的冲击性能能提升30%以上，而且拉伸强度也能提升10%以上。除此之外，发明人还惊喜的发现，由于石墨烯的自身特性，还能提高复合材料的导热、耐老化等性能，而且石墨烯本身密度较轻，〇.〇8g/cm3左右，添加比例极少(一般千分之几)，所得复合材料与当前的轻质高强理念相符合。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]本发明产品将一种密度轻、强度高的填料(石墨烯)加入到超高分子量聚乙烯和橡胶复合材料，制备一种轻质高强的材料。在提升超高分子量聚乙烯韧性的同时，保持其强度，甚至对其强度有所提升，消除了橡胶的加入对超高分子量聚乙烯强度下降的影响。 [〇〇28]本发明在工艺上将石墨烯分别与超高分子量聚乙烯和橡胶进行混合，然后再进行共混。这样可以显著提高各组分的混合均匀程度，最终性能能够提升更高。【具体实施方式】
[0029]以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明
[0030]实施例1:
[0031]1)双螺杆挤出机加热至210°C，温度恒定。称取1000g超高分子量聚乙烯、5g石墨烯、乙烯蜡5g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。[〇〇32]2)称取lllg的橡胶、0.33g石墨烯、0.555g S1-69,在140°C条件下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。[〇〇33]3)将前述两种混合粒子在210°C进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/石墨稀/橡胶复合材料。
[0034] 实施例2:[〇〇35]1)双螺杆挤出机加热至220°C，温度恒定。称取1000g超高分子量聚乙烯、5g石墨烯、乙烯蜡5g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。[〇〇36]2)称取100g的橡胶、0.3g石墨烯、0.5g S1-69，在100°C条件下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。[〇〇37]3)将前述两种混合粒子在240°C条件下进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/石墨稀/橡胶复合材料。[〇〇38] 实施例3:[〇〇39]1)双螺杆挤出机加热至240°C，温度恒定。称取1000g超高分子量聚乙烯、5g石墨烯、乙烯蜡10g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。
[0040]2)称取1000g的橡胶、3g石墨烯、5g S1-69，在160°C下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。
[0041]3)将前述两种混合粒子在190°C条件下进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/ 石墨稀/橡胶复合材料。[〇〇42] 实施例4:[〇〇43]1)双螺杆挤出机加热至190°C，温度恒定。称取500g超高分子量聚乙烯、0.25g石墨烯、乙烯蜡5g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。[〇〇44]2)称取60g的橡胶、1.2g石墨烯、0.12g S1-69，在150°C条件下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。[〇〇45]3)将前述两种混合粒子在200°C条件下进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/石墨稀/橡胶复合材料。[〇〇46] 实施例5:[〇〇47]1)双螺杆挤出机加热至230 °C，温度恒定。称取200g超高分子量聚乙烯、4g石墨烯、乙烯蜡0.4g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。[〇〇48]2)称取100g的橡胶、0.05g石墨烯、lg KH-792,在120°C条件下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。
[0049]3)将前述两种混合粒子在210°C条件下进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/ 石墨稀/橡胶复合材料。
[0050]实施例6:[〇〇5111)双螺杆挤出机加热至190°C，温度恒定。称取600g超高分子量聚乙烯、6g石墨烯、乙烯蜡1.2g，加入进温度恒定的双螺杆挤出机进行挤出造粒，备用。[〇〇52]2)称取100g的橡胶、0.5g石墨烯、0.7g KH-792，在140°C条件下，用密炼机进行混炼，然后出胶造粒。[〇〇53]3)将前述两种混合粒子在210°C条件下进行挤出造粒，制备出超高分子量聚乙烯/石墨稀/橡胶复合材料。[〇〇54]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料，其特征在于:其中所含超高分子 量聚乙烯:橡胶:石墨烯的质量比为100: (10-100): (0.055-4);优选的，超高分子量聚乙烯: 橡胶:石墨烯的质量比为100:11:0.533。2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料，其特征在于: 所述石墨稀为低温还原制备的石墨稀，优选的，还原温度为230-300°C。3.根据权利要求1或2所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方 法，其特征在于:包括如下步骤:1)超高分子量聚乙烯与石墨烯共混将超高分子量聚乙烯、石墨烯和分散助剂按100: (0.05-2):(0.2-1)的质量比共混挤出 造粒；2)橡胶与石墨烯共混用开炼机或密炼机将石墨烯与橡胶材料在加热条件下进行共混，加入分散助剂，切割 造粒，其中橡胶、石墨烯、分散助剂的质量比为100: (0.05-2): (0.2-1);3)再混按照超高分子量聚乙烯:橡胶为100: (10-100)的质量比，将步骤1)和步骤2)的粒子混 合挤出造粒，最终制备成超高分子量聚乙稀/石墨稀/橡胶复合材料。4.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤1)中，用双螺杆挤出机在190-240 °C下进行共混挤出造粒，优选的，最佳 挤出温度为210°C。5.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤1)中，超高分子量聚乙烯、石墨烯:分散助剂的质量比为100:0.5:0.5。6.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤2)中，开炼机或密炼机的加热温度为100-160°C，优选140°C ;所述步骤2)中，所述切割造粒方法为:将混合好的橡胶放入橡胶母粒造粒机中，进行切 割造粒。7.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤2)中，橡胶、石墨烯、助剂的质量比为100:0.3:0.5。8.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤3)中，用双螺杆挤出机在190-240 °C下进行混合挤出造粒，优选210 °C。9.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法，其 特征在于:所述步骤3)中，所述超高分子量聚乙烯:橡胶的质量比为100:11。10.根据权利要求3所述的超高分子量聚乙烯、石墨烯和橡胶的复合材料的制备方法， 其特征在于:所述步骤1)的分散助剂为乙烯蜡；和/或，步骤2)中的分散助剂为硅烷偶联剂，优选硅烷偶联剂KH792、硅烷偶联剂S1-69。
【文档编号】B29B7/00GK106046485SQ201610489330
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月28日
【发明人】田振宇, 瞿研
【申请人】常州第六元素材料科技股份有限公司