CN106009421A - 一种新型石墨烯阻燃pvc及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型石墨烯阻燃PVC及其制备方法，原料为石墨烯、PVC、DOP、三氧化二锑、三碱式硫酸铅、硬脂酸钙、纳米氢氧化铝、氯化石蜡、二茂铁和硬脂酸铅；阻燃性能良好，维卡软化点100‑120℃，离火自熄；原料价格低廉，操作简单易行，燃烧无烟，弯曲强度45‑65MPa，弯曲模量2200‑2400MPa；耐寒‑30℃不裂，断裂伸长率280‑350％，拉伸强度20‑40MPa，缺口冲击强度105‑135kJ/m2；氧指数35‑40％，无滴落，洛氏硬度106‑110，力学性能好，熔体流动指数7.5‑9.5g/10min。

Description

一种新型石墨烯阻燃PVC及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料的制备领域，尤其涉及一种新型石墨烯阻燃PVC及其制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从氯化石蜡中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的氯化石蜡，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的氯化石蜡薄片。他们从高定向热解氯化石蜡中剥离出氯化石蜡片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把氯化石蜡片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，在随后三年内,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。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。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72％-81％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
2015年9月2日，据日本的科学技术振兴机构(JST)与日本东北大学的原子分子材料科学高等研究机构(AIMR)发表，在作为下一代蓄电池而被热切期待的锂空气电池中，通过使用具备三维构造的多孔材质石墨烯作为阳极材料，获得了较高的能量利用效率和100次以上的充放电性能。如果电动车使用这种新型电池，则巡航里程将从目前的200公里左右增加到500-600公里左右。
由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用，随着社会城市化、科技化、人性化的发展，设计一种阻燃效果好、伸长率高、氧指数高且强度高的石墨烯阻燃PVC及其制备方法，以满足市场需求，是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本发明针对现有石墨烯阻燃PVC强度低、伸长率低和阻燃效果差等技术问题，提供一种石墨烯阻燃PVC及其制备方法。
技术方案：
一种新型石墨烯阻燃PVC，所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC80-100份，DOP40-60份，三氧化二锑1-5份，三碱式硫酸铅5-25份，硬脂酸钙3-7份，纳米氢氧化铝12-18份，氯化石蜡15-35份，二茂铁0.5-4.5份，硬脂酸铅1-5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC80份，DOP40份，三氧化二锑1份，三碱式硫酸铅5份，硬脂酸钙3份，纳米氢氧化铝12份，氯化石蜡15份，二茂铁0.5份，硬脂酸铅1份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC100份，DOP60份，三氧化二锑5份，三碱式硫酸铅25份，硬脂酸钙7份，纳米氢氧化铝18份，氯化石蜡35份，二茂铁4.5份，硬脂酸铅5份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC90份，DOP60份，三氧化二锑3份，三碱式硫酸铅15份，硬脂酸钙5份，纳米氢氧化铝15份，氯化石蜡25份，二茂铁2.5份，硬脂酸铅3份。
一种所述石墨烯阻燃PVC的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按重量份数配比称取石墨烯、PVC、DOP、三氧化二锑、三碱式硫酸铅、硬脂酸钙、纳米氢氧化铝、氯化石蜡、二茂铁和硬脂酸铅；
第二步：将原料在100℃下捏合30分钟，使其混合均匀；
第三步：在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度170℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、185℃下，螺杆转速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
有益效果：
本发明所述一种新型石墨烯阻燃PVC及其制备方法采用以上技术方案和现有技术相比，具有以下技术效果：1、阻燃性能良好，维卡软化点100-120℃，离火自熄；2、原料价格低廉，操作简单易行，燃烧无烟，弯曲强度45-65MPa，弯曲模量2200-2400MPa；3、耐寒-30℃不裂，断裂伸长率280-350％，拉伸强度20-40MPa，缺口冲击强度105-135kJ/m2；4、氧指数35-40％，无滴落，洛氏硬度106-110，力学性能好，熔体流动指数7.5-9.5g/10min，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按重量份数配比称取石墨烯100份，PVC80份，DOP40份，三氧化二锑1份，三碱式硫酸铅5份，硬脂酸钙3份，纳米氢氧化铝12份，氯化石蜡15份，二茂铁0.5份，硬脂酸铅1份。
将原料在100℃下捏合30分钟，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度170℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、185℃下，螺杆转速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
实施例2：
按重量份数配比称取石墨烯100份，PVC100份，DOP60份，三氧化二锑5份，三碱式硫酸铅25份，硬脂酸钙7份，纳米氢氧化铝18份，氯化石蜡35份，二茂铁4.5份，硬脂酸铅5份。
将原料在100℃下捏合30分钟，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度170℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、185℃下，螺杆转速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
实施例3：
按重量份数配比称取石墨烯100份，PVC90份，DOP60份，三氧化二锑3份，三碱式硫酸铅15份，硬脂酸钙5份，纳米氢氧化铝15份，氯化石蜡25份，二茂铁2.5份，硬脂酸铅3份。
将原料在100℃下捏合30分钟，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度170℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、185℃下，螺杆转速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
阻燃性能良好，维卡软化点120℃，离火自熄；原料价格低廉，操作简单易行，燃烧无烟，弯曲强度65MPa，弯曲模量2400MPa；耐寒-30℃不裂，断裂伸长率350％，拉伸强度40MPa，缺口冲击强度135kJ/m2；氧指数40％，无滴落，洛氏硬度110，力学性能好，熔体流动指数9.5g/10min。
以上实施例中的所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在和本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于，所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC80-100份，DOP40-60份，三氧化二锑1-5份，三碱式硫酸铅5-25份，硬脂酸钙3-7份，纳米氢氧化铝12-18份，氯化石蜡15-35份，二茂铁0.5-4.5份，硬脂酸铅1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC80份，DOP40份，三氧化二锑1份，三碱式硫酸铅5份，硬脂酸钙3份，纳米氢氧化铝12份，氯化石蜡15份，二茂铁0.5份，硬脂酸铅1份。
3.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC100份，DOP60份，三氧化二锑5份，三碱式硫酸铅25份，硬脂酸钙7份，纳米氢氧化铝18份，氯化石蜡35份，二茂铁4.5份，硬脂酸铅5份。
4.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于：所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PVC90份，DOP60份，三氧化二锑3份，三碱式硫酸铅15份，硬脂酸钙5份，纳米氢氧化铝15份，氯化石蜡25份，二茂铁2.5份，硬脂酸铅3份。
5.一种权利要求1所述新型石墨烯阻燃PVC的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按重量份数配比称取石墨烯、PVC、DOP、三氧化二锑、三碱式硫酸铅、硬脂酸钙、纳米氢氧化铝、氯化石蜡、二茂铁和硬脂酸铅；
第二步：将原料在100℃下捏合30分钟，使其混合均匀；
第三步：在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度170℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、185℃下，螺杆转速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
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