本发明涉及一种聚乳酸复合材料，具体涉及一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术：
：聚乳酸（英文缩写：pla）是一种热塑性脂肪族聚酯，生产聚乳酸所需要的乳酸和丙交酯可以通过可再生资源发酵、脱水、纯化后得到，所得到的聚乳酸一般具有良好的机械和加工性能，而聚乳酸产品废弃后又可以通过各种方式快速降解，是一种具备良好使用性能的绿色塑料。但pla材料本身较脆，且耐热性较差，这极大的限制了其应用。石墨烯纳米片，简称gnss（graphenenanosheets）或gnfs(graphenenanoflakes)，是由单层碳原子平面结构石墨烯堆垛而成，厚度为纳米尺度的两维石墨纳米材料，其极端情况是单层石墨烯，其具有较大的比表面积和层状结构，能够在基体中形成很好的支撑网络结构，对于提高pla各项性能具有深远的研究意义。技术实现要素：有鉴于此，确有必要提供一种具有优异阻燃性能、良好韧性、耐高温性能好、综合机械强度高的耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料及其制备方法，以解决上述问题。本发明提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，由以下重量份的原料制成：聚乳酸50～100份、壳聚糖4～10份、石墨烯纳米片2～8份、碳纤维8～14份、玻璃纤维8～16份、纳米蒙脱土6～10份、硅溶胶1～5份、膨胀石墨9～14份、凹凸棒土2～6份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺1～5份、硅烷偶联剂1～3份；其中，所述石墨烯纳米片的比表面积达到80～100m2/g，并且经过二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺处理过。基于上述，它由以下重量份的原料制成：聚乳酸70～90份、壳聚糖5～8份、石墨烯纳米片3～6份、碳纤维10～12份、玻璃纤维10～14份、纳米蒙脱土7～9份、硅溶胶2～4份、膨胀石墨10～12份、凹凸棒土3～5份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺2～4份、硅烷偶联剂1～3份。基于上述，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh550、硅烷偶联剂kh560、硅烷偶联剂kh570或硅烷偶联剂kh792。基于上述，所述聚乳酸的重均分子量为10万～80万，熔点为60℃。基于上述，所述碳纤维是经硅烷偶联剂处理过的。基于上述，所述玻璃纤维是经硅烷偶联剂处理过的。其中，所述硅溶胶中的二氧化硅粒子的粒径为580nm，且二氧化硅粒子的含量为20%～30%。基于上述，所述纳米蒙脱土的粒径小于40μm。本发明还提供一种上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法，具体制备方法步骤如下：（1）石墨烯纳米片的处理将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续1～3小时，转速500～1500rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在45℃～55℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨20～30min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合10～30min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。与现有技术相比，本发明提供的耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料具有以下优点：首先，采用溶液共混法制备出二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺表面处理的石墨烯纳米片，能够使石墨烯纳米片与基体树脂具有很好的相容性；其次，二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺拥有较大的相对分子质量，却显示出很低的黏度，因此被用来降低聚合物的熔体黏度，改善聚合物的熔体流动性；另外，壳聚糖大分子中有活泼的羟基和氨基，它们具有较强的化学反应能力，通过与其它基团反应或与基体产生相互作用，增韧效果极佳；纳米蒙脱土的加入则可以提高聚合物的机械强度、耐热性及阻燃性；硅溶胶可以增加聚合物的耐热性能和强度；膨胀石墨为膨胀型阻燃剂与凹凸棒土、纳米蒙脱土等层状硅酸盐纳米材料复配阻燃，能够在基体表面形成连续且致密的炭层，并且不会产生融滴；石墨烯具有耐高温、优异的柔韧性及高强度等优点；因此，本发明提供的耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料具有优异阻燃性能、良好韧性、耐高温性能好、综合机械强度高等优点。具体实施方式下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。实施例1本发明实施例提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，其由以下重量份的原料制成：聚乳酸50份、壳聚糖4份、石墨烯纳米片2份、碳纤维8份、玻璃纤维8份、纳米蒙脱土6份、硅溶胶1份、膨胀石墨9份、凹凸棒土2份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺1份和硅烷偶联剂kh5501份；其中，所述聚乳酸的重均分子量为10万，熔点为60℃；碳纤维和玻璃纤维都是经过硅烷偶联剂kh550处理过的。本实施例提供的上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续1小时，转速700rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在45℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片，且其比表面积达到87m2/g；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨20min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂kh550、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合10min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。实施例2本发明实施例提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，其由以下重量份的原料制成：聚乳酸70份、壳聚糖5份、石墨烯纳米片3份、碳纤维10份、玻璃纤维10份、纳米蒙脱土7份、硅溶胶2份、膨胀石墨10份、凹凸棒土3份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺2份、硅烷偶联剂kh5602份；其中，所述聚乳酸的重均分子量为30万，熔点为60℃；碳纤维和玻璃纤维都是经过硅烷偶联剂kh560处理过的。本实施例提供的上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续2小时，转速800rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在50℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片，且其比表面积达到91m2/g；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨20min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂kh560、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合15min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。实施例3本发明实施例提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，其由以下重量份的原料制成：聚乳酸80份、壳聚糖7份、石墨烯纳米片5份、碳纤维11份、玻璃纤维12份、纳米蒙脱土8份、硅溶胶3份、膨胀石墨11份、凹凸棒土3份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺4份、硅烷偶联剂kh5702份；其中，所述聚乳酸的重均分子量为50万，熔点为60℃；碳纤维和玻璃纤维都是经过硅烷偶联剂kh570处理过的。本实施例提供的上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续2小时，转速1000rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在50℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片，且其比表面积达到98m2/g；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨25min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂kh570、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合20min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。实施例4本发明实施例提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，其由以下重量份的原料制成：聚乳酸90份、壳聚糖8份、石墨烯纳米片6份、碳纤维12份、玻璃纤维14份、纳米蒙脱土9份、硅溶胶4份、膨胀石墨12份、凹凸棒土4份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺4份、硅烷偶联剂kh7923份；其中，所述聚乳酸的重均分子量为70万，熔点为60℃；碳纤维和玻璃纤维都是经过硅烷偶联剂kh792处理过的。本实施例提供的上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续2小时，转速1100rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在50℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片，且其比表面积达到81m2/g；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨30min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂kh792、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合25min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。实施例5本发明实施例提供一种耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料，其由以下重量份的原料制成：聚乳酸100份、壳聚糖10份、石墨烯纳米片8份、碳纤维14份、玻璃纤维16份、纳米蒙脱土10份、硅溶胶5份、膨胀石墨14份、凹凸棒土5份、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺5份、硅烷偶联剂kh5603份；其中，所述聚乳酸的重均分子量为80万，熔点为60℃；碳纤维和玻璃纤维都是经过硅烷偶联剂kh560处理过的。本实施例提供的上述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料的制备方法包括以下步骤：（1）将石墨烯纳米片与二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺一起放置于dmf溶剂中，机械搅拌持续3小时，转速1400rpm，混合均匀后，放置于干燥烘箱中，温度控制在55℃持续烘干6小时，得到表面改性的石墨烯纳米片，且其比表面积达到94m2/g；（2）将所述表面改性的石墨烯纳米片与聚乳酸粒子混合均匀，三辊研磨机中研磨30min，得到聚乳酸石墨烯混合物；（3）将所述聚乳酸石墨烯混合物与壳聚糖、纳米蒙脱土、硅烷偶联剂kh560、硅溶胶、膨胀石墨、凹凸棒土、二氨基二苯甲烷四缩水甘油胺按照上述配比在高混机中混合30min，混合均匀后加入双螺杆挤出机的料斗中，将碳纤维以及玻璃纤维按一定比例从双螺杆挤出机的加纤口中加入，经熔融共混挤出，挤出物料经冷去后吹干切粒，制得所述耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料。按照国家标准，对上述实施例1～5提供的耐热阻燃聚乳酸石墨烯复合材料进行各项性能测试，测试结果如下表所示：项目拉伸强度（mpa）弯曲强度（mpa）无缺口冲击强度(kj/m2)热变形温度(0.18mpa/℃)强度保持率（%）氧指数实施例193.282.128.98384.432实施例297.586.333.18781.933实施例3116.991.739.69080.535实施例4112.696.140.88980.136实施例5104.284.836.98279.638注：强度保持率是指所制得的复合材料在80℃恒温水浴中浸泡24h干燥处理后拉伸强度相对于未处理的复合材料的变化率。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。当前第1页12