CN111793347A - 一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法,石墨烯复合材料按重量百分比计由以下组分组成：PC50％‑53％；ABS20％‑23％；阻燃剂3％‑5％；抗老化剂1％‑4％；增韧剂3％‑6％；石墨烯12％‑13％；胶粘剂8％‑10％；制备时，先将除石墨烯和胶粘剂外的组分称取后在搅拌釜中混合均匀；后进行熔融挤出造粒，控制温度250～270℃；造出的颗粒冷却后返回搅拌釜，控制温度120～150℃后，加入石墨烯和胶粘剂，高速搅拌，充分分散后，静置30min以上，使石墨烯包覆于颗粒表面。用石墨烯复合材料制备出的太阳能路灯头壳体具有良好的散热性、拉伸强度和耐腐蚀性，还能降低重量。

Description

一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料领域，具体涉及一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯(PC)是分子链的重复结构单元为碳酸酯型的聚合物，是一种综合性能优异的工程塑料。PC具有冲击强度高，抗蠕变性和尺寸稳定性好，耐热，透明，吸水率低，无毒，介电性能优良等优点。同时PC存在加工流动性差，易应力开裂，对缺口敏感，容易磨损，耐化学药品性差，价格高等缺点。(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)是热塑性树脂，具有较好的耐化学腐蚀性，良好的加工性乙基较高的性价比，缺点是耐热和耐候性差，冲击强度和拉伸强度相对较低。
研究表明，PC与ABS共混可以综合两者的优良性能，PC/ABS合金一方面它的耐热性，冲击强度和拉伸强度优于ABS，另一方面它的成本和熔体粘度比PC低，加工性能比PC好，其制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性都大大降低。可用于成型大面积或薄壁长流程制品。广泛应用于机械零件、电器部件、帽盔及生产汽车车身等要求兼有优良抗冲击性和刚性的制品。如汽车内外部件、家电(电视、电话机等)、电脑及周边设备、办公自动化设备外壳、通讯器材等多个领域。目前PC/ABS合金发展迅速，全球产量约为80万吨/年左右，世界各大公司纷纷开发推出PC/ABS合金新品种，如阻燃、玻纤增强、电镀、耐紫外线等品种，尤其是在汽车工业中得到广泛应用，另外还广泛应用于计算机、复印机和电子电气部件等。
但是在太阳能路灯领域，在材料方面的改进并不多。尤其是太阳能路灯头的壳体，目前比较多的是铝合金。虽然铝合金具有一定的散热功能，但是铝合金较重，其拉伸强度、耐腐蚀性也较小。
发明内容
有鉴于此，为克服上述技术问题，本发明的目的在于提出一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料及其制备方法，用该石墨烯复合材料制备出的太阳能路灯头壳体具有良好的散热性、拉伸强度和耐腐蚀性，还能降低重量。
所采用的技术方案为：
一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 50％-53％；
ABS 20％-23％；
阻燃剂 3％-5％；
抗老化剂 1％-4％；
增韧剂 3％-6％；
石墨烯 12％-13％；
胶粘剂 8％-10％；
先按照各组分重量百分比称取PC、ABS、阻燃剂、抗老化剂与增韧剂重量，并在搅拌釜中混合均匀；然后将混合物通过挤出机进行熔融挤出造粒，控制挤出机的料筒温度在250℃～270℃；造出的颗粒冷却降温后返回搅拌釜，控制搅拌釜的温度在120℃～150℃后，加入石墨烯和胶粘剂，以2500-3000r/min高速搅拌，充分分散后，静置30min以上，使石墨烯包覆于颗粒表面。
进一步地，所述PC为重均分子量为17000～30000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，玻璃化温度为145～150℃。
进一步地，所述阻燃剂为固体状态的直链型有机硅阻燃剂、环状型有机硅阻燃剂中的一种或两种。
进一步地，所述抗老化剂为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉中的一种或两种。
进一步地，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯酸酯类树脂、有机硅橡胶中的一种或多种。
进一步地，所述胶粘剂为交联型丙烯酸树酯胶粘剂。
一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料的制备方法，其实采用上述方案所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料中涉及到的制备步骤。
即一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
先按照各组分重量百分比称取PC、ABS、阻燃剂、抗老化剂与增韧剂重量，并在搅拌釜中混合均匀；然后将混合物通过挤出机进行熔融挤出造粒，控制挤出机的料筒温度在250℃～270℃；造出的颗粒冷却降温后返回搅拌釜，控制搅拌釜的温度在120℃～150℃后，加入石墨烯和胶粘剂，以2500-3000r/min高速搅拌，充分分散后，静置30min以上，使石墨烯包覆于颗粒表面。
本发明的有益效果在于：
由于石墨烯包覆于颗粒表面，采用该石墨烯复合材料制备出的太阳能路灯头壳体，其表面具有石墨烯，石墨烯具有非常良好的散热性，从而使太阳能路灯头壳体具有良好的散热性。增加石墨烯后，也使整个石墨烯复合材料及太阳能路灯头壳体的拉伸强度和耐腐蚀性得到提高，还能降低重量。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式的用途和目的仅用来例举本发明，并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。
实施例1
一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 50％；
ABS 20％；
阻燃剂 3％；
抗老化剂 1％；
增韧剂 3％；
石墨烯 12％；
胶粘剂 11％。
其中，PC为重均分子量为17000～30000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，玻璃化温度为145～150℃。
胶粘剂为交联型丙烯酸树酯胶粘剂。
阻燃剂为固体状态的直链型有机硅阻燃剂。
抗老化剂为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)。
增韧剂为丙烯酸酯类树脂。
制备时，先按照各组分重量百分比称取PC、ABS、阻燃剂、抗老化剂与增韧剂重量，并在搅拌釜中混合均匀；然后将混合物通过挤出机进行熔融挤出造粒，控制挤出机的料筒温度在250℃～270℃；造出的颗粒冷却降温后返回搅拌釜，控制搅拌釜的温度在120℃～150℃后，加入石墨烯和胶粘剂，以2500-3000r/min高速搅拌，充分分散后，静置30min以上，使石墨烯包覆于颗粒表面。
实施例2
参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 52％；
ABS 20％；
阻燃剂 3％；
抗老化剂 1％；
增韧剂 3％；
石墨烯 12％；
胶粘剂 9％。
其中，阻燃剂为固体状态的环状型有机硅阻燃剂。
抗老化剂为6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉。
所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物。
实施例3
参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 51％；
ABS 20％；
阻燃剂 4％；
抗老化剂 2％；
增韧剂 3％；
石墨烯 12％；
胶粘剂 8％。
增韧剂为聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。
对比例1
参照实施例1，与实施例1不同的是，本实施例的一种用于太阳能路灯头壳体的复合材料,按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 65％；
ABS 20％；
阻燃剂 5％；
抗老化剂 4％；
增韧剂 6％。
制备时，先按照各组分重量百分比称取PC、ABS、阻燃剂、抗老化剂与增韧剂重量，并在搅拌釜中混合均匀；然后将混合物通过挤出机进行熔融挤出造粒，控制挤出机的料筒温度在250℃～270℃；造出的颗粒冷却降温后得到。
性能测试：
对实施例1-3制备的石墨烯复合材料与对比例1制备的复合材料进行性能测试，力学性能根据美国材料与试验协会(ASTM)标准测试。检测结果：见表1。
表1.实施例1-3与对比例1样品检测结果
Figure BDA0002633201670000061
另，用实施例1-3的石墨烯复合材料所制备出的太阳能路灯头壳体比对应铝合金制备，在同等规格下，重量可减轻8％-10％。
由于石墨烯包覆于颗粒表面，因此颗粒表面的导热系数就相当于石墨烯的导热系数。石墨烯具有非常良好的导热系数。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，按重量百分比计，由以下组分组成：
PC 50％-53％；
ABS 20％-23％；
阻燃剂3％-5％；
抗老化剂1％-4％；
增韧剂3％-6％；
石墨烯12％-13％；
胶粘剂8％-10％；
先按照各组分重量百分比称取PC、ABS、阻燃剂、抗老化剂与增韧剂重量，并在搅拌釜中混合均匀；然后将混合物通过挤出机进行熔融挤出造粒，控制挤出机的料筒温度在250℃～270℃；造出的颗粒冷却降温后返回搅拌釜，控制搅拌釜的温度在120℃～150℃后，加入石墨烯和胶粘剂，以2500-3000r/min高速搅拌，充分分散后，静置30min以上，使石墨烯包覆于颗粒表面。
2.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，所述PC为重均分子量为17000～30000g/mol的双酚A型聚碳酸酯，玻璃化温度为145～150℃。
3.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，所述阻燃剂为固体状态的直链型有机硅阻燃剂、环状型有机硅阻燃剂中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，所述抗老化剂为4,4’-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、6-乙氧基-2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉中的一种或两种。
5.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，所述增韧剂为乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、丙烯酸酯类树脂、有机硅橡胶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料,其特征在于，所述胶粘剂为交联型丙烯酸树酯胶粘剂。
7.一种用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的用于太阳能路灯头壳体的石墨烯复合材料中涉及到的制备步骤。
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