一種塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及材料合成領(lǐng)域，尤其涉及無機非金屬復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱塑性塑料是國防、國民經(jīng)濟應(yīng)用的重要材料。納米碳材料在導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機械力學(xué)方面的優(yōu)異性能，使其成為聚合物材料理想的增強體，添加到塑料基體中形成復(fù)合材料，可極大提升塑料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機械力學(xué)性能。
[0003]然而，納米碳材料的表面能較高，如碳納米管特別容易發(fā)生團聚，在聚合物基體中難以實現(xiàn)均勻分散。目前采用化學(xué)處理方法會對納米碳材料的結(jié)構(gòu)造成破壞，從而降低了納米碳材料的優(yōu)異性能；而采用液相共混、熔融共混等方法過程復(fù)雜、成本高，且應(yīng)用領(lǐng)域有限。
[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明由此而來。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中塑料/納米碳復(fù)合材料制備過程中存在的分散性不好、結(jié)合性差等問題，提供一種塑料/納米碳復(fù)合材料。該方法可以將碳納米管有效地分散在塑料基體中，從而起到提高塑料及導(dǎo)電性、耐老化、導(dǎo)熱性等性能。
[0006]為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:本發(fā)明的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0007](I)將熱塑性塑料制備成塑料薄膜；
[0008](2)將納米碳制備成漿料，將漿料涂覆于塑料薄膜表面并干燥；
[0009](3)利用疊片機或卷繞機將前述涂覆納米碳的塑料薄膜進行疊加或卷繞；
[0010](4)在一定溫度下對步驟(3)得到的疊片或卷繞卷進行三維熱壓復(fù)合，即成塑料/納米碳復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟(I)中的塑料薄膜厚度為0.1-1OOOymo
[0012]優(yōu)選的，所述步驟(2)中涂覆用納米碳漿料為水性漿料，納米碳涂層厚度為0.01-5 μ mD
[0013]優(yōu)選的，所述納米碳涂覆方法為噴涂、刷涂、輥涂或浸膠中的一種。
[0014]優(yōu)選的，添加的納米碳材料占塑料/納米碳復(fù)合材料總質(zhì)量的0.01wt% _20wt%。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟(4)中的三維壓制的具體步驟為:將疊片或卷繞卷于一個方向上進行第一次熱壓，重新疊片或收卷；在與第一次壓制或軋制垂直的方向上進行第二次熱壓，再重新疊片或收卷；最后進行第三次熱壓，方向垂直于前兩次熱壓方向形成的面。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟(4)中的熱壓溫度為100-400°C。
[0017]優(yōu)選的，所述熱塑性塑料選自聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、熱塑性酚醛樹脂等熱塑性聚合物材料中的一種或兩種以上的組合。
[0018]優(yōu)選的，所述納米碳材料選自碳納米管、石墨稀、氧化石墨稀中的一種或幾種。
[0019]本發(fā)明的另一方面在于提供一種前述方法制備得到的塑料/納米碳復(fù)合材料。
[0020]本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案中，塑料/納米碳復(fù)合材料中的納米碳含量為
0.01% -20wt%。
[0021]本發(fā)明的一優(yōu)選技術(shù)方案中，塑料/納米碳復(fù)合材料中的納米碳選自碳納米管、富勒烯、石墨烯、氧化石墨烯中的一種或兩種以上的組合。
[0022]本發(fā)明中，將納米碳在水中或含水的溶液中均勻分散液得到水性漿料。所述的水性漿料中可以加入分散劑、穩(wěn)定劑以增強漿料中納米碳的分散性及穩(wěn)定性。
[0023]本發(fā)明提出的一種熱塑性塑料和納米碳材料復(fù)合材料的制備方法，該方法將熱塑性塑料制備成微米級厚度的薄膜，使用納米碳材料漿料涂覆于薄膜表面，經(jīng)干燥、疊加/卷繞，再經(jīng)三維方向熱壓復(fù)合制得可加工成型的復(fù)合材料。該方法不會對納米碳材料的結(jié)構(gòu)造成破壞，保持其原有的優(yōu)異性能。同時，該方法的納米碳材料存在于塑料薄膜的層間，經(jīng)熱壓后很好地嵌入塑料基體中，而在三維方向的反復(fù)熱壓使得納米碳材料在塑料基體中的各個方向均能很好的分散，實現(xiàn)納米尺寸的均勻分散，結(jié)合力強，可有效提升塑料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐老化、機械強度和韌性等性能。且本發(fā)明方法制備工藝簡單、成本低、可控性好，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明制備方法的一實施例塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法的薄膜涂覆漿料的工藝流程圖；
[0025]圖2為本發(fā)明制備方法的一實施例塑料/納米碳復(fù)合材料的三維熱壓復(fù)合工藝流程圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實施例制備得到的聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡SEM照片。
[0027]圖4顯示了不同碳納米管添加量對聚丙烯材料導(dǎo)電性能的影響。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合具體實施例對上述方案做進一步說明。應(yīng)理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。
[0029]實施例1
[0030]將聚丙烯材料采用吹膜方法制備成厚度為15 μπι的薄膜；向碳納米管中加入分散劑、水，經(jīng)攪拌、砂磨制得含量碳納米管含量為5wt%的漿料；將碳納米管漿料噴涂至聚丙烯薄膜上，105°C進行干燥處理；通過卷繞機，將覆有碳納米管的薄膜進行卷繞收卷；將收卷得到的聚丙烯薄膜在160-180°C下進行三維熱壓復(fù)合，制得可加工成型的聚丙烯/碳納米管復(fù)合材料。圖3所示掃描電鏡照片顯示碳納米管在聚丙烯基體中實現(xiàn)均勻分散，與聚丙烯基體均勻復(fù)合，起到很好的界面連接作用。
[0031]實施例2
[0032]將低密度聚乙烯材料采用吹膜方法制備成厚度為15 ym的薄膜；向碳納米管中加入分散劑、水，經(jīng)攪拌、砂磨制得含量碳納米管含量為5wt%的漿料；將碳納米管漿料噴涂至聚乙烯薄膜上，75°C進行干燥處理；通過卷繞機，將覆有碳納米管的薄膜進行卷繞收卷；將收卷得到的聚乙烯薄膜在100-120°C下進行三維熱壓復(fù)合，制得可加工成型的聚乙烯/碳納米管復(fù)合材料。
[0033]上述實例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟: (1)將熱塑性塑料制備成塑料薄膜； (2)將納米碳制備成漿料，將漿料涂覆于塑料薄膜表面并干燥； (3)利用疊片機或卷繞機將前述涂覆納米碳的塑料薄膜進行疊加或卷繞； (4)在一定溫度下對步驟(3)得到的疊片或卷繞卷進行三維熱壓復(fù)合，即成塑料/納米碳復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的塑料薄膜厚度為0.1-1000 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中涂覆用納米碳漿料為水性漿料，納米碳涂層厚度為0.01-5 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述納米碳涂覆方法為噴涂、刷涂、輥涂或浸膠中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，添加的納米碳材料占塑料/納米碳復(fù)合材料總質(zhì)量的0.01wt% -20wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的三維壓制的具體步驟為:將疊片或卷繞卷于一個方向上進行第一次熱壓，重新疊片或收卷；在與第一次壓制或軋制垂直的方向上進行第二次熱壓，再重新疊片或收卷；最后進行第三次熱壓，方向垂直于前兩次熱壓方向形成的面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的熱壓溫度為100-400°C。
8.—種如權(quán)利要求1-7任一項所述的方法制備得到的塑料/納米碳復(fù)合材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的塑料/納米碳復(fù)合材料，其特征在于，塑料/納米碳復(fù)合材料中的納米碳含量為0.01% -20wt%。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的塑料/納米碳復(fù)合材料，其特征在于，塑料/納米碳復(fù)合材料中的納米碳選自碳納米管、富勒稀、石墨稀、氧化石墨稀中的一種或兩種以上的組合。
【專利摘要】本發(fā)明要求保護一種塑料/納米碳復(fù)合材料的制備方法，該方法包括步驟：將熱塑性塑料制成薄膜，再將納米碳漿料均勻涂覆于塑料薄膜表面并干燥，經(jīng)三維熱壓復(fù)合，形成可加工成型的復(fù)合材料。本發(fā)明方法可有效提升納米碳材料在塑料中的分散效果，從而有效提升塑料復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱及機械力學(xué)性能。
【IPC分類】B29C70-34, C08J7-04, B29C70-24
【公開號】CN104708832
【申請?zhí)枴緾N201510152210
【發(fā)明人】胡志好, 李紅, 董明
【申請人】蘇州第一元素納米技術(shù)有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年4月1日