CN108864541A - 一种石墨烯改性复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石墨烯改性复合材料，其中，所述复合材料按重量百分比计包括0.8‑1.2%的石墨烯以及98.8‑99.2%的塑料。本发明通过在塑料中掺杂石墨烯使得复合材料的机械强度增强了50%，散热性能提升了20%以上。

Description

一种石墨烯改性复合材料
技术领域
本发明涉及复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯改性复合材料。
背景技术
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，其可以自由改变成分及形体样式。作为一种广泛使用的化工材料，塑料通常被制作成各种各样的工业品或生活用品。
现有的塑料由于成分单一固定，使得其存在机械强度差以及散热性能较差的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种石墨烯改性复合材料，旨在解决现有塑料机械强度差以及散热性能差的问题。
本发明的技术方案如下：
一种石墨烯改性复合材料，其中，按重量百分比计包括0.8-1.2%的石墨烯以及98.8-99.2%的塑料。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，按重量百分比计包括1%的石墨烯以及99%的塑料。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述石墨烯为1000-3000目的粉料石墨烯。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述石墨烯中包括95%原子层数为2-5层的石墨烯。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述塑料按重量份计包括：
100-200份 高分子聚合物；
20-50份 增塑剂；
5-8份 稳定剂；
2-5份 润滑剂。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述增塑剂为己二酸二辛酯。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述稳定剂为硬脂酸锌、 三硬脂酸铝和硬脂酰苯甲酰甲烷中的一种或几种。
所述的石墨烯改性复合材料，其中，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸多元醇酯、高碳酸多元酸、醇复合酯、硬脂酸和己二酸季戊四醇酯中的一种或几种。
有益效果：本发明提供的石墨烯改性复合材料，按重量百分比计包括0.8-1.2%的石墨烯以及98.8-99.2%的塑料。本发明通过在塑料中掺杂石墨烯使得复合材料的机械强度增强了50%，散热性能提升了20%以上。
附图说明
图1为本发明一种石墨烯改性复合材料较佳实施例的结构示意图。
图2为本发明石墨烯改性复合材料的机械强度测试示意图。
图3为本发明石墨烯改性复合材料的散热性能测试示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种石墨烯改性复合材料，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。
本发明提供的石墨烯改性复合材料，按重量百分比计包括0.8-1.2%的石墨烯以及98.8-99.2%的塑料。本发明通过将粉末状的石墨烯掺杂到所述塑料中后，能够有效提升塑料的机械强度。如图1所示，所述石墨烯掺杂在塑料中，其结构类似于钢筋混泥土。
如图2所示，将本发明的石墨烯改性复合材料以及未掺杂石墨烯的材料分别制成相同形状的塑料条，将其一端固定在固定住上，然后使用拉力装置固定塑料条的另一端，用力拉扯所述塑料条，测试所述塑料条拉断时的压力。通过测试发现，相对于未掺杂石墨烯塑料条，本发明石墨烯改性复合材料制成的塑料条被拉断时的压力是其1.5倍，说明石墨烯掺杂到塑料中，能够有效提升塑料的机械强度。
进一步地，石墨烯作为一种非常好的热传导材料，纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料。
本发明通过将石墨烯掺杂到塑料中，可以有效提升塑料的散热性能。具体地，如图3所示，将相同功率的发热源分别固定在本发明石墨烯改性复合材料制备的塑料片以及未掺杂石墨烯的塑料片中，控制电源发热一段时间后，分别测量A、B、C、D、E中各个点的温度。通过测试发现，相对于未掺杂石墨烯的塑料片，采用本发明石墨烯改性复合材料制备的塑料片中A点的温度比未掺杂石墨烯塑料片中的A点温度低；所述石墨烯改性复合材料制备的塑料片中B、C、D、E点的温度均高于所述未掺杂石墨烯塑料片中相应点的温度。这说明掺杂有石墨烯的塑料具有更好的散热性能，中间发热点的热量更容易被传导到四周，从而使得其中间温度比未掺杂石墨烯的塑料温度更低。具体地，所述石墨烯改性复合材料制备的塑料片中A点的温度为24℃时，所述未掺杂石墨烯塑料片中的A点温度为30℃，所述石墨烯改性复合材料制备的塑料片的散热性能提升了20%以上。
作为其中一实施方式，本发明还提供一种石墨烯改性复合材料，其中，按重量百分比计包括1%的石墨烯以及99%的塑料。
优选地，所述石墨烯为1000-3000目的粉料石墨烯。该范围内的石墨烯既能够均匀地分布在塑料成分中，又能够保持石墨烯固有的机械强度性能。
优选地，所述石墨烯中包括95%原子层数为2-5层的石墨烯。具体来讲，石墨烯组分可在基材上作为单原子厚度的层存在或在某些情况下也可累计成若干石墨烯层。本发明掺杂在塑料中的石墨烯包括95%的原子层数为2-5层的石墨烯，该层数的石墨烯能够有效保障成型塑料的应力，使成型塑料能够适应多种应用场景。
优选地，在本发明中，所述塑料按重量份计包括100-200份的高分子聚合物；20-50份的增塑剂；5-8份的稳定剂以及2-5份的润滑剂。
优选地，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种，但不限于此。
优选地，所述增塑剂为己二酸二辛酯，但不限于此，所述己二酸二辛酯与所述高分子聚合物的相容性极好，在使用过程中不会析出到产品表面，能够显著提高高分子聚合物的抗化学性以及微生物腐蚀等性能。所述己二酸二辛酯与聚苯乙烯配合制备塑料效果最佳。
优选地，所述稳定剂为硬脂酸锌、 三硬脂酸铝和硬脂酰苯甲酰甲烷中的一种或几种，但不限于此。
优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸多元醇酯、高碳酸多元酸、醇复合酯、硬脂酸和己二酸季戊四醇酯中的一种或几种，但不限于此。
综上所述，本发明提供的石墨烯改性复合材料，按重量百分比计包括0.8-1.2%的石墨烯以及98.8-99.2%的塑料。本发明通过在塑料中掺杂石墨烯使得复合材料的机械强度增强了50%，散热性能提升了20%以上。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯改性复合材料，其特征在于，按重量百分比计包括0.8-1.2%的石墨烯以及98.8-99.2%的塑料。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，按重量百分比计包括1%的石墨烯以及99%的塑料。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述石墨烯为1000-3000目的粉料石墨烯。
4.根据权利要求3所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述石墨烯中包括95%原子层数为2-5层的石墨烯。
5.根据权利要求1或2所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述塑料按重量份计包括：
100-200份 高分子聚合物；
20-50份 增塑剂；
5-8份 稳定剂；
2-5份 润滑剂。
6.根据权利要求5所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述增塑剂为己二酸二辛酯。
8.根据权利要求5所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述稳定剂为硬脂酸锌、三硬脂酸铝和硬脂酰苯甲酰甲烷中的一种或几种。
9.根据权利要求5所述的石墨烯改性复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酸酰胺、氧化聚乙烯蜡、硬脂酸多元醇酯、高碳酸多元酸、醇复合酯、硬脂酸和己二酸季戊四醇酯中的一种或几种。
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