CN103834094A - 一种石墨烯填充聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种石墨烯填充聚丙烯复合材料及其制备方法。该复合材料由包含以下重量份的组分制成：石墨烯0.5~2份，聚丙烯98~99.5份。本发明的复合材料以聚丙烯为基体，石墨烯为填料，由于石墨烯是由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构，其最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，所以只要添加少量即可达到导电的要求，不会破坏基体材料的连续性，并保持了高分子材料容易加工的优点，该复合材料具有良好的PTC性能，既有电加热和过热保护功能，又有限温作用。同时该材料采用熔融共混法制备，工艺简单，操作方便，重复性好，适于大规模工业化生产。

Description

一种石墨烯填充聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料技术领域，涉及一种石墨烯填充聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
2004年石墨烯出现在实验室里，人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能、超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。石墨烯由于其优良的电学、力学和热血性能，在场发射、吸波、电极材料、通用高分子材料等很多领域都具有很好的应用前景，世界各国都对其进一步的应用研究加大了投入力度。
高分子材料一般具有容易成型等优点，但通常为绝缘材料，因而限制了它在许多方面的应用。许多电加热材料为防止过热，必须具有限制温度和自动断电的功能，这类材料往往具有PTC（positive temperature coefficient）效应，即电阻随温度增加而增加。当材料自身温度达到一定值后电阻急剧增大，导致断电，待温度下降后恢复导电，继续加热。具有PTC效应的材料过去基本采用PTC陶瓷，现在也有碳黑-高分子复合材料和碳纳米管-高分子复合材料，但是由于碳黑和碳纳米管导电性都不如石墨烯，不仅需要较大的添加量，而且会降低高分子集体材料的连续性，导致其强度破坏，性能下降。
发明内容
本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种性能优良的用于电加热和过热保护的石墨烯填充聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种石墨烯填充聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
石墨烯               0.5~2份，
聚丙烯               98~99.5份。
所述的石墨烯由厦门凯纳公司提供，牌号为KNG150。
所述的聚丙烯来自上海石化，牌号为F800EPS，分子量为20万~30万。
一种上述石墨烯填充聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）按上述配比称取以下重量的原料：石墨烯0.5~2份及聚丙烯98~99.5份，均匀混合；
（2）然后将步骤（1）中得到的混合原料放入模具中，先预热，压制，脱膜，冷却到室温。
所述的步骤（1）中的混合温度为170℃~190℃，混合时间为10~20min
所述的步骤（2）中预热的温度为185℃~200℃，预热时间为5~20min。
所述的步骤（2）中的压制是在5~20MPa及10~30MPa压力下各压制5~20min。
上述用于过热保护的复合材料的制备采用熔融共混法。
本发明具有以下有益效果：本发明的复合材料以聚丙烯为基体，石墨烯为填料，由于石墨烯是由碳六元环组成的两维周期蜂窝状点阵结构，是构成其它碳系材料的基本单元，其最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度，所以只要添加少量即可达到导电的要求，不会破坏基体材料的连续性，并保持了高分子材料容易加工的优点，该复合材料具有良好的PTC性能，既有电加热和过热保护功能，又有限温作用。同时该材料采用熔融共混法制备，工艺简单，操作方便，重复性好，适于大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明。
实施例1
（1）将0.5重量份石墨烯粉末与99.5重量份聚丙烯（分子量为20万）母粒均匀混合后，放入共混机内在170℃下共混10min；
（2）取出已经混合均匀的材料放入铁制模具内，在185℃预热5min，然后在5MPa下压制5min，最后在10MPa下压制10min，得复合材料。
实施例2
（1）将1重量份石墨烯粉末与99重量份聚丙烯（分子量为20万）母粒均匀混合后，放入共混机内180℃共混15min；
（2）取出已经混合均匀的材料放入铁制模具内在195℃预热10min，然后在10MPa下压制10min，最后在20MPa下压制15min，得到复合材料。
实施例3
（1）将2重量份石墨烯粉末与98重量份聚丙烯（分子量为30万）母粒均匀混合后，放入共混机内在190℃共混10min；
（2）取出已经混合均匀的材料放入铁制模具内在200℃预热5min，然后在20MPa下压制20min，最后在30MPa下压制20min，得到复合材料。
将实施例1,实施例2,，和实施例3制备得到的石墨烯填充聚丙烯复合板材料进行温度-电阻率测试，测试结果见表1。
表1
Figure BDA00002441281700031
表1是该复合材料的电阻率随温度变化结果。当温度在低于110℃时，复合材料为导体，材料的电阻基本保持不变，当温度达到130℃以上，复合材料的电阻率急剧增大，由导体变为绝缘体。由此可见本发明的石墨烯填充的聚丙烯复合材料具有良好的PTC效应，可作为电加热及断电保护材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯填充聚丙烯复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分制成：
石墨烯    0.5~2份，
聚丙烯    98~99.5份。
2.根据权利要求1所述的石墨烯填充聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯的分子量为20万~30万。
3.一种上述权利要求1或2中所述的石墨烯填充聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）按权利要求1所述的配比称取以下重量的原料：石墨烯0.5~2份及聚丙烯98~99.5份，均匀混合；
（2）然后将步骤（1）中得到的混合原料放入模具中，先预热，压制，脱膜，冷却到室温。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中的混合温度为170℃~190℃，混合时间为5~10min。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中预热的温度为185℃~200℃，预热时间为5~20min。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（2）中的压制是在5~20MPa及10~30MPa压力下各压制5~20min。 
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