一种导电mc尼龙/石墨烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石墨烯复合材料的技术领域，具体地，本发明涉及一种导电MC尼龙/石 墨烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨烯的纳米结构十分独特，比表面积很大，且石墨烯的电学性能、导热性能和力 学性能都十分优异。在聚合物中添加少量石墨烯就可以对聚合物基体性能产生显著的影 响。利用石墨烯优异的导电性能能显著提高石墨烯/聚合物导电材料的电性能，可以作为特 种功能高分子填料使用。但是石墨烯表面呈惰性状态，与其他介质的界面相容性较差。而且 石墨烯层与层之间拥有较强的范德华力，与其他纳米材料一样，石墨烯相互间容易产生团 聚。
[0003] 目前研究石墨烯在聚合物的分散方法主要采用共混挤出法，该方法的特点是简单 快捷能快速批量化，但是石墨烯在聚合物树脂的分散过程主要在混合混料阶段和熔融共混 阶段，在这两个过程中石墨烯的分散比较难以达到分子链级别的分散，在目前的研究中其 提高石墨烯/聚合物材料的电性能十分有限。石墨烯改性聚合物复合材料电性能的提高主 要由石墨烯在聚合物体系中分散情况决定。而相比于其他石墨烯/尼龙材料，MC尼龙/石墨 烯材料是由己内酰胺单体开环聚合而成的，主要制备方法是原位聚合法。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种导电MC尼龙/石墨烯复合材料及其制备方 法。本发明方法结合MC尼龙/石墨稀复合材料配方，MC尼龙/石墨稀复合材料以己内酰胺和 石墨烯为基本原料，通过添加导电填料等添加剂提高复合材料本身的导电性能。本发明方 法制备得到的复合材料具有石墨烯添加含量低、复合材料导电性能好的优点。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种导电MC尼龙/石墨烯复合材 料的制备方法，材料制造过程中选用石墨烯、己内酰胺作为原料，以己内酰胺开环原位聚合 为制备方法;在原料配方中添加导电填料，与石墨烯相互作用形成导电网络，在己内酰胺聚 合后形成导电MC尼龙/石墨烯复合材料。
[0006] 进一步的，本发明所述的一种导电MC尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下 步骤：
[0007] 步骤一、石墨稀的预处理:石墨稀预先在乙醇溶剂中通过超声波预处理，形成石墨 烯预分散体；
[0008] 步骤二、己内酰胺的开环：加热己内酰胺和导电填料形成己内酰胺和导电填料的 混合熔液，在所述己内酰胺和导电填料的混合熔液中加入所述步骤一预处理的石墨烯预分 散体，开启高速搅拌器搅拌10~20min后，加热除去乙醇溶剂，控制温度在120-130°C;然后 加入NaOH进行活化，控制活化时间在10~25min，活化温度在120~150°C，并抽真空除去反 应产生的水，使反应向聚合方向进行;在活化完成后的预聚体中加入固化剂，使体系产生交 联反应，交联反应后即制备得到所述MC尼龙/石墨烯复合材料。
[0009] 进一步的，所述步骤一中，石墨烯的预处理的具体方法是:首先将石墨烯与乙醇进 行预混合，并用高速搅拌器搅拌10~20min;然后在超声波分散器中分散10~20min后得到 石墨烯预分散体。
[0010] 进一步的，所述步骤二中，所述固化剂为PAPI。
[0011] 进一步的，所述步骤二中，所述导电填料为导电石墨、导电炭黑、导电碳纳米管和 导电碳纤维中的一种或多种。
[0012] 进一步的，本发明所述的一种导电MC尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，所述原料 包括以下重量份数的组分： 己内酰胺 1000~1500份；
[0013] 石墨烯 10~20份； 导电炭黑10~20份； 导电石墨10~20份； 导电碳纳米管1.0~2.0份；
[0014] NaOH 5~10 份； PAPI 10~20 份。
[0015] 进一步的，本发明所述的一种导电MC尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，所述原料 包括以下重量份数的组分： 己内酰胺 1453.5份； 石墨烯 15份； 导电炭黑15份；
[0016] 导电石墨15份； 导电碳纳米管1.5.份； NaOH 5.8 份； EAPI 12价。
[0017]进一步的，本发明所述的一种导电MC尼龙/石墨烯复合材料的制备方法，所述原料 包括以下重量份数的组分： 己内酰胺 1438.5份； 石墨烯 7.5份; 导电炭黑30份；
[0018] 导电石墨22.5份； 导电碳纳米管1.5份； NaOH 5.8 份； PAPI 12 份。
[0019] 有益效果:本发明与现有技术相对比具有以下优点：
[0020] (1)本发明导电填料选择导电性能高、比表面大的石墨烯材料作为导电填料改性 高分子聚合物时，在添加少量石墨烯(可以低至0.5%)时便能形成有效的导电网络，提升复 合材料的电性能，复合材料表面电阻率可以达到1 ο5 Ω。并且，本发明选择导电石墨、导电炭 黑、导电碳纳米管、导电碳纤维等其他导电填料与石墨烯复合提高材料的导电性能，在目前 石墨烯价格昂贵的情况下降低生产成本，有助于推广应用。
[0021] (2)在制备导电复合材料过程中，石墨烯分散方法不同于以往其他石墨烯/高聚物 复合材料，选择在己内酰胺开环过程中添加石墨烯，经过超声波预分散后的石墨烯在搅拌 后，于己内酰胺熔液中形成分子级的分散，在己内酰胺聚合后形成导电复合材料。
[0022] (3)本发明选用石墨烯作为导电填料有着比较好的导电性能。由于石墨烯本身的 比表面积比较大，在聚合物体系中分散良好易形成导电网络;选择其他的导电填料与石墨 烯复配，有利于聚合物中导电网络的形成，也有助于降低成本;石墨烯在聚合物中的分散是 比较有特点的，由于MC尼龙的制备过程是一个开环聚合过程，是一个由小分子到大分子的 形成过程，石墨烯在体系中随着MC尼龙聚合度的提高，分子链的形成而形成有效的导电网 络，比通常情况下靠螺杆剪切分散形成导电网络的效率要高。
【附图说明】
[0023] 图1 MC尼龙/石墨烯复合材料合成装置示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。但本发明的实施方式并不仅 限于此。
[0025] MC尼龙/石墨烯复合材料采用原位聚合技术制备，即通过己内酰胺的开环反应制 备。在己内酰胺熔液中加入预处理的石墨烯，开启高速搅拌器搅拌约10~20min后，加热除 去溶剂，控制温度在120-130°C ;然后加入NaOH进行活化，控制活化时间在10~25min，活化 温度在120~150°C，并抽真空除去反应产生的水，使反应向聚合方向进行;在活化完成后的 预聚体中加入PAPI等固化剂，使体系产生交联反应，也是在这个阶段中，石墨烯随着MC尼龙 分子链的形成而在MC尼龙体系中形成稳定的导电网络结构，提高复合材料的导电性能。 [0026] 石墨烯预先在乙醇溶剂中通过超声波预处理，形成石墨烯/乙醇溶液。石墨烯的分 散主要在两个阶段