一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。該復(fù)合材料由包含以下重量份的組分制成：石墨烯0.5~2份，聚丙烯98~99.5份。本發(fā)明的復(fù)合材料以聚丙烯為基體，石墨烯為填料，由于石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，其最大的特性是其中電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度，所以只要添加少量即可達(dá)到導(dǎo)電的要求，不會破壞基體材料的連續(xù)性，并保持了高分子材料容易加工的優(yōu)點(diǎn)，該復(fù)合材料具有良好的PTC性能，既有電加熱和過熱保護(hù)功能，又有限溫作用。同時該材料采用熔融共混法制備，工藝簡單，操作方便，重復(fù)性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2004年石墨烯出現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室里，人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能、超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地遷移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。石墨烯由于其優(yōu)良的電學(xué)、力學(xué)和熱血性能，在場發(fā)射、吸波、電極材料、通用高分子材料等很多領(lǐng)域都具有很好的應(yīng)用前景，世界各國都對其進(jìn)一步的應(yīng)用研究加大了投入力度。
[0003]高分子材料一般具有容易成型等優(yōu)點(diǎn)，但通常為絕緣材料，因而限制了它在許多方面的應(yīng)用。許多電加熱材料為防止過熱，必須具有限制溫度和自動斷電的功能，這類材料往往具有PTC(positive temperature coefficient)效應(yīng)，即電阻隨溫度增加而增加。當(dāng)材料自身溫度達(dá)到一定值后電阻急劇增大，導(dǎo)致斷電，待溫度下降后恢復(fù)導(dǎo)電，繼續(xù)加熱。具有PTC效應(yīng)的材料過去基本采用PTC陶瓷，現(xiàn)在也有碳黑-高分子復(fù)合材料和碳納米管-高分子復(fù)合材料，但是由于碳黑和碳納米管導(dǎo)電性都不如石墨烯，不僅需要較大的添加量，而且會降低高分子集體材料的連續(xù)性，導(dǎo)致其強(qiáng)度破壞，性能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種性能優(yōu)良的用于電加熱和過熱保護(hù)的石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料，由包含以下重量份的組分制成:
[0007]石墨烯0.5~2份，
[0008]聚丙烯98~99.5份。
[0009]所述的石墨烯由廈門凱納公司提供，牌號為KNG150。
[0010]所述的聚丙烯來自上海石化，牌號為F800EPS，分子量為20萬~30萬。
[0011]一種上述石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
[0012](1)按上述配比稱取以下重量的原料:石墨烯0.5^2份及聚丙烯98、9.5份，均勻混合；
[0013](2)然后將步驟(1)中得到的混合原料放入模具中，先預(yù)熱，壓制，脫膜，冷卻到室溫。
[0014]所述的步驟(1)中的混合溫度為170°C~190°C，混合時間為l(T20min
[0015]所述的步驟(2)中預(yù)熱的溫度為185°C~200°C，預(yù)熱時間為5~20min。
[0016]所述的步驟(2)中的壓制是在5~20MPa及l(fā)(T30MPa壓力下各壓制5~20min。[0017]上述用于過熱保護(hù)的復(fù)合材料的制備采用熔融共混法。
[0018]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明的復(fù)合材料以聚丙烯為基體，石墨烯為填料，由于石墨烯是由碳六元環(huán)組成的兩維周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，是構(gòu)成其它碳系材料的基本單元，其最大的特性是其中電子的運(yùn)動速度達(dá)到了光速的1/300，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電子在一般導(dǎo)體中的運(yùn)動速度，所以只要添加少量即可達(dá)到導(dǎo)電的要求，不會破壞基體材料的連續(xù)性，并保持了高分子材料容易加工的優(yōu)點(diǎn)，該復(fù)合材料具有良好的PTC性能，既有電加熱和過熱保護(hù)功能，又有限溫作用。同時該材料采用熔融共混法制備，工藝簡單，操作方便，重復(fù)性好，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0020]實(shí)施例1[0021](I)將0.5重量份石墨烯粉末與99.5重量份聚丙烯(分子量為20萬)母粒均勻混合后，放入共混機(jī)內(nèi)在170°C下共混IOmin ；
[0022](2)取出已經(jīng)混合均勻的材料放入鐵制模具內(nèi)，在185°C預(yù)熱5min，然后在5MPa下壓制5min,最后在IOMPa下壓制IOmin,得復(fù)合材料。
[0023]實(shí)施例2
[0024](I)將I重量份石墨烯粉末與99重量份聚丙烯(分子量為20萬)母粒均勻混合后，放入共混機(jī)內(nèi)180°C共混15min ；
[0025](2)取出已經(jīng)混合均勻的材料放入鐵制模具內(nèi)在195°C預(yù)熱lOmin，然后在IOMPa下壓制IOmin,最后在20MPa下壓制15min,得到復(fù)合材料。
[0026]實(shí)施例3
[0027](I)將2重量份石墨烯粉末與98重量份聚丙烯(分子量為30萬)母粒均勻混合后，放入共混機(jī)內(nèi)在190°C共混IOmin ；
[0028](2)取出已經(jīng)混合均勻的材料放入鐵制模具內(nèi)在200°C預(yù)熱5min，然后在20MPa下壓制20min,最后在30MPa下壓制20min,得到復(fù)合材料。
[0029]將實(shí)施例1，實(shí)施例2，，和實(shí)施例3制備得到的石墨烯填充聚丙烯復(fù)合板材料進(jìn)行溫度-電阻率測試，測試結(jié)果見表1。
[0030]表1
[0031]
【權(quán)利要求】
1.一種石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：由包含以下重量份的組分制成： 石墨烯 O. 5^2份， 聚丙烯 98~99. 5份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料，其特征在于：所述的聚丙烯的分子量為20萬~30萬。
3.—種上述權(quán)利要求1或2中所述的石墨烯填充聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括如下步驟： (1)按權(quán)利要求1所述的配比稱取以下重量的原料：石墨烯O.5^2份及聚丙烯98、9. 5份，均勻混合；(2)然后將步驟（I)中得到的混合原料放入模具中，先預(yù)熱，壓制，脫膜，冷卻到室溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述的步驟（I)中的混合溫度為170。。~190°C，混合時間為5~lOmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述的步驟（2)中預(yù)熱的溫度為1850C~200°C，預(yù)熱時間為5~20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述的步驟（2)中的壓制是在5~20MPa及10~30MPa壓力下各壓制5~20min。
【文檔編號】C08K3/04GK103834094SQ201210474220
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月21日
【發(fā)明者】劉欣 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司