CN114957875A - 一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚苯乙烯‑石墨烯复合材料及其制备方法和应用，先以石墨为原料，制成一种特殊的石墨烯材料，即可膨胀氮化石墨烯，接着对该石墨烯材料进行改性处理，使其可与苯乙烯单体共聚，从而获得改性聚苯乙烯，然后将改性聚苯乙烯与聚偏氟乙烯同轴静电纺丝，得到复合纤维，最后在苯乙烯单体聚合反应时加入该复合纤维，可大大改善所得聚苯乙烯‑石墨烯复合材料的机械强度和阻燃性能。本发明所得聚苯乙烯‑石墨烯复合材料可用于聚苯乙烯板加工，应用前景广阔。

Description

一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚苯乙烯无毒无臭无色透明，通常为非晶态无规聚合物，是由苯乙烯单体经自由基加聚反应而成。聚苯乙烯的玻璃转化温度高于100℃，具有优良的绝热、绝缘和透明性，加工性和耐化学腐蚀性好，但是脆，低温易开裂。
聚苯乙烯有很多种类，比如：普通聚苯乙烯、发泡聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、间规聚苯乙烯等，其中发泡聚苯乙烯应用广泛。发泡聚苯乙烯具有密度小、抗腐蚀性强等优点，可用于建筑墙体、屋面保温，冷库、空调、车辆、船舶的保温隔热，地板采暖，装潢雕刻等。聚苯乙烯泡沫板是发泡聚苯乙烯的常见产品形式之一，是将含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型而得。聚苯乙烯泡沫板具有微细闭孔的结构特点，从而发挥前述的隔热保温等作用。但是聚苯乙烯泡沫板的机械强度较差，且非常容易燃烧，燃烧产生的烟雾有毒。
为了改善聚苯乙烯的力学性能和阻燃性，人们在制备聚苯乙烯的过程中加入填料，而石墨烯就是经常使用的填料之一。石墨烯是一种由碳原子紧密堆积而成的二维晶体材料，结构特殊，具有优异的电学、力学、光学、化学及热学性能。但是，石墨烯与聚苯乙烯的相容性差，直接将石墨烯加入聚合釜中，会导致聚苯乙烯的聚合周期长，易导致反应不可控，爆聚结釜等问题。石墨烯的利用率也比较低，会导致石墨烯的用量大，生产成本过高。
中国专利CN110317287B公开了一种基于石墨烯的聚苯乙烯复合材料，是以石墨烯、苯乙烯、表面活性剂、助活性剂、分散剂、助分散剂、稳定剂、助稳定剂、引发剂、发泡剂戊烷、去离子水等为原料制成。其中，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、聚乙烯蜡中的一种或多种；助活性剂为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯的一种或多种；分散剂为活性磷酸钙、硫酸钡、硫酸镁、滑石粉的一种或多种；助分散剂为硅胶、明胶、果胶的一种或多种；稳定剂为氯化钠、氯化钾、硫酸钠、亚硫酸氢钠的一种或多种；助稳定剂为乙醇、聚乙烯醇、甲基纤维素、顺丁烯二酸酐-苯乙烯共聚物的一种或多种。在制备时，先将石墨烯、表面活性剂、助活性剂、苯乙烯、稳定剂和助稳定剂混合反应，再加入分散剂、助分散剂等，最后加入引发剂、发泡剂实现发泡。该专利技术主要依赖于表面活性剂的表面活性作用以及分散剂的分散作用，促进石墨烯在聚合体系中的均匀分散，不管是机械强度还是阻燃性，改善效果都不算理想。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料及其制备方法和应用，机械强度高，阻燃性能好。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）先在碳酸氢铵的作用下将石墨加工成氮化膨胀石墨，接着在插层溶剂的作用下，将氮化膨胀石墨剥离得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）再将可膨胀氮化石墨烯利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯，接着将改性聚苯乙烯与聚偏氟乙烯同轴静电纺丝，得到复合纤维；
（4）最后将苯乙烯单体与复合纤维、引发剂、十二烷基苯磺酸钠、去离子水混合均匀，加热聚合反应，加入异戊烷，继续聚合反应，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
优选的，步骤（1）中，以重量份计，氮化膨胀石墨的制备方法如下：先将10～15份石墨、5～7份高锰酸钾、1～2份碳酸氢铵搅拌混合，70～80℃搅拌反应1～2小时，水洗后再加入3～4份碳酸氢铵，混合均匀，100～110℃处理1～2小时，接着利用1200～1500W微波处理2～3分钟，即得所述的氮化膨胀石墨。
优选的，步骤（1）中，所述插层溶剂选自乙二醇、四氢呋喃、二氯甲烷或N-甲基吡咯烷酮中的任一种。
优选的，步骤（1）中，插层溶剂的用量为氮化膨胀石墨重量的40～50倍。
优选的，步骤（1）的具体方法为：先将氮化膨胀石墨加入插层溶剂中，500～700W超声波振荡处理5～6小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1000～1200MHz、微波输出功率密度100～150mW/cm3条件下进行微波辐照60～70s，即得所述的可膨胀氮化石墨烯。
优选的，以重量份计，步骤（2）的具体方法为：先将8～10份可膨胀氮化石墨烯超声分散于40～50份无水乙醇中，接着加入3～4份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，80～90℃搅拌反应6～8小时，旋蒸，干燥，即得所述的改性可膨胀氮化石墨烯。
优选的，步骤（3）中，以重量份计，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.2～0.4份三氟化硼乙醚络合物溶于2～3份无水乙醇，得到引发剂溶液，再将8～10份改性可膨胀氮化石墨烯与30～35份苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边缓慢匀速滴加所述的引发剂溶液，40～50℃聚合反应2～3小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
进一步优选的，引发剂溶液的滴加时间为30～40分钟。
优选的，步骤（3）中，以重量份计，复合纤维的制备方法如下：先将20～30份改性聚苯乙烯和3～5份氯化钠超声分散于100份四氢呋喃中，作为外管纺丝溶液；再将8～10份聚偏氟乙烯在45～50℃条件下，超声分散于50～55份N,N-二甲基己酰胺中，作为内管纺丝溶液；然后将所述的外管纺丝溶液、内管纺丝溶液在温度25～30℃和湿度30～40%的环境下进行同轴静电纺丝，除去四氢呋喃、N,N-二甲基己酰胺，即得所述的复合纤维。其中，氯化钠的作用是增强导电性，利于同轴纤维的形成。
进一步优选的，同轴静电纺丝的工艺参数如下：电压20～25kV，接收距离15～20cm，外管纺丝溶液的注射速度为1.5～1.7mL/h，内管纺丝溶液的注射速度为0.6～0.8mL/h。
优选的，步骤（4）中，苯乙烯单体与复合纤维、引发剂、十二烷基苯磺酸钠、去离子水、异戊烷的质量比为100：6～8：1～1.5：2～3：170～180：4～5。
优选的，步骤（4）中，所述引发剂为过氧化苯甲酰或过氧化二异丙苯。
优选的，步骤（4）中，加热聚合反应的工艺条件为：110～120℃聚合反应5～7小时；继续聚合反应的工艺条件为：125～135℃继续聚合反应3～5小时。
利用上述制备方法得到的一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料。
上述一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料在聚苯乙烯板加工中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明以石墨为原料，制成一种特殊的石墨烯材料，即可膨胀氮化石墨烯，接着对该石墨烯材料进行改性处理，使其可与苯乙烯单体共聚，从而获得改性聚苯乙烯，然后将改性聚苯乙烯与聚偏氟乙烯同轴静电纺丝，得到复合纤维，最后在苯乙烯单体聚合反应时加入该复合纤维，可大大改善所得聚苯乙烯-石墨烯复合材料的机械强度和阻燃性能。本发明所得聚苯乙烯-石墨烯复合材料可用于聚苯乙烯板加工，应用前景广阔。
1、石墨烯直接购买价格较高，并且目前市场上销售的石墨烯产品差异很大，结构参数不尽相同，含有大量缺陷。本发明以价格低廉的石墨为原料，在碳酸氢铵的作用下将石墨加工成氮化膨胀石墨，接着在插层溶剂的作用下，将氮化膨胀石墨剥离得到可膨胀氮化石墨烯。
氮化处理可以填补石墨烯的晶格缺陷，改善石墨烯的基本性能，从而改善产品的机械强度和阻燃性。在插层溶剂的作用下，结合超声波振荡作用，使得石墨层之间的距离变大，插层溶剂插入其中，微波辐照使得其中的插层溶剂瞬间气化撑开石墨片层，使得石墨变为可膨胀石墨烯。
2、将可膨胀氮化石墨烯利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性可膨胀氮化石墨烯，使得可膨胀氮化石墨烯的表面引入双键。然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯。由于改性可膨胀氮化石墨烯直接参与反应，完全不存在现有技术中直接添加石墨烯的分散性问题，保证产品的机械强度和阻燃性能。
3、本发明将改性聚苯乙烯与聚偏氟乙烯同轴静电纺丝，得到复合纤维。一方面，聚偏氟乙烯的引入有助于协同改善机械强度和阻燃性能，另一方面同轴静电纺丝制成复合纤维添加至最终的产品中，纤维也起到增强作用，从而进一步改善产品的机械强度。
4、本发明最后将苯乙烯单体与复合纤维、引发剂、十二烷基苯磺酸钠、去离子水混合均匀，加热聚合反应，加入异戊烷，继续聚合反应，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。随着苯乙烯单体聚合生成聚苯乙烯，复合纤维在其中穿插，由于复合纤维表面就是聚苯乙烯，故不存在相容性问题，有助于对产品机械强度和阻燃性能的大幅度改善。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
如无特殊说明外，本发明中所有商品均通过市场渠道购买。所述聚偏氟乙烯购自浙江巨化股份有限公司，牌号为JD-10，数均分子量为200000-260000。
实施例1
一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）先将10g石墨、5g高锰酸钾、1g碳酸氢铵搅拌混合，70℃搅拌反应1小时，水洗后再加入3g碳酸氢铵，混合均匀，100℃处理1小时，接着利用1200W微波处理2分钟，得到氮化膨胀石墨；
将10g氮化膨胀石墨加入400g插层溶剂中，500W超声波振荡处理5小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1000MHz、微波输出功率密度100mW/cm3条件下进行微波辐照60s，得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）取8g可膨胀氮化石墨烯超声分散于40g无水乙醇中，接着加入3g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，80℃搅拌反应6小时，旋蒸，干燥，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯；取20g改性聚苯乙烯和3g氯化钠超声分散于100g四氢呋喃中，作为外管纺丝溶液；再将8g聚偏氟乙烯在45℃条件下，超声分散于50gN,N-二甲基己酰胺中，作为内管纺丝溶液；然后将所述的外管纺丝溶液、内管纺丝溶液在温度25℃和湿度30%的环境下进行同轴静电纺丝，除去四氢呋喃、N,N-二甲基己酰胺，即得复合纤维；
（4）最后将500g苯乙烯单体与30g复合纤维、5g过氧化苯甲酰、10g十二烷基苯磺酸钠、850g去离子水混合均匀，110℃聚合反应5小时，加入20g异戊烷，125℃继续聚合反应3小时，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
其中，步骤（1）中，所述插层溶剂为乙二醇。
步骤（3）中，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.2g三氟化硼乙醚络合物溶于2g无水乙醇，得到引发剂溶液，再将8g改性可膨胀氮化石墨烯与30g苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边利用30分钟匀速滴加所述的引发剂溶液，40℃聚合反应2小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
步骤（3）中，同轴静电纺丝的工艺参数如下：电压20kV，接收距离15cm，外管纺丝溶液的注射速度为1.5mL/h，内管纺丝溶液的注射速度为0.6mL/h。
实施例2
一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）先将15g石墨、7g高锰酸钾、2g碳酸氢铵搅拌混合，80℃搅拌反应2小时，水洗后再加入4g碳酸氢铵，混合均匀，110℃处理2小时，接着利用1500W微波处理3分钟，得到氮化膨胀石墨；
将10氮化膨胀石墨加入500g插层溶剂中，700W超声波振荡处理6小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1200MHz、微波输出功率密度150mW/cm3条件下进行微波辐照70s，得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）取10g可膨胀氮化石墨烯超声分散于50g无水乙醇中，接着加入4g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，90℃搅拌反应8小时，旋蒸，干燥，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯；取30g改性聚苯乙烯和5g氯化钠超声分散于100g四氢呋喃中，作为外管纺丝溶液；再将10g聚偏氟乙烯在50℃条件下，超声分散于55gN,N-二甲基己酰胺中，作为内管纺丝溶液；然后将所述的外管纺丝溶液、内管纺丝溶液在温度30℃和湿度40%的环境下进行同轴静电纺丝，除去四氢呋喃、N,N-二甲基己酰胺，即得复合纤维；
（4）最后将500g苯乙烯单体与40g复合纤维、7.5g过氧化二异丙苯、15g十二烷基苯磺酸钠、900g去离子水混合均匀，120℃聚合反应7小时，加入25g异戊烷， 135℃继续聚合反应5小时，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
其中，步骤（1）中，所述插层溶剂为二氯甲烷。
步骤（3）中，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.4g三氟化硼乙醚络合物溶于3g无水乙醇，得到引发剂溶液，再将10g改性可膨胀氮化石墨烯与35g苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边利用40分钟匀速滴加所述的引发剂溶液，50℃聚合反应3小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
步骤（3）中，同轴静电纺丝的工艺参数如下：电压25kV，接收距离20cm，外管纺丝溶液的注射速度为1.7mL/h，内管纺丝溶液的注射速度为0.8mL/h。
实施例3
一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）先将12g石墨、6g高锰酸钾、1.5g碳酸氢铵搅拌混合，75℃搅拌反应1.5小时，水洗后再加入3.5g碳酸氢铵，混合均匀，105℃处理1.5小时，接着利用1300W微波处理2.5分钟，得到氮化膨胀石墨；
将10g氮化膨胀石墨加入450g插层溶剂中，600W超声波振荡处理5.5小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1100MHz、微波输出功率密度130mW/cm3条件下进行微波辐照65s，得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）取9g可膨胀氮化石墨烯超声分散于45g无水乙醇中，接着加入3.5g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，85℃搅拌反应7小时，旋蒸，干燥，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯；取25g改性聚苯乙烯和4g氯化钠超声分散于100g四氢呋喃中，作为外管纺丝溶液；再将9g聚偏氟乙烯在48℃条件下，超声分散于52gN,N-二甲基己酰胺中，作为内管纺丝溶液；然后将所述的外管纺丝溶液、内管纺丝溶液在温度28℃和湿度35%的环境下进行同轴静电纺丝，除去四氢呋喃、N,N-二甲基己酰胺，即得复合纤维；
（4）最后将500g苯乙烯单体与35g复合纤维、6g过氧化苯甲酰、12g十二烷基苯磺酸钠、880g去离子水混合均匀，115℃聚合反应6小时，加入22g异戊烷，130℃继续聚合反应4小时，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
其中，步骤（1）中，所述插层溶剂为N-甲基吡咯烷酮。
步骤（3）中，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.3g三氟化硼乙醚络合物溶于2.5g无水乙醇，得到引发剂溶液，再将9g改性可膨胀氮化石墨烯与33g苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边利用35分钟匀速滴加所述的引发剂溶液，45℃聚合反应2.5小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
步骤（3）中，同轴静电纺丝的工艺参数如下：电压22kV，接收距离18cm，外管纺丝溶液的注射速度为1.6mL/h，内管纺丝溶液的注射速度为0.7mL/h。
对比例
一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，具体步骤如下：
（1）先将10g石墨、5g高锰酸钾、1g碳酸氢铵搅拌混合，70℃搅拌反应1小时，水洗后再加入3g碳酸氢铵，混合均匀，100℃处理1小时，接着利用1200W微波处理2分钟，得到氮化膨胀石墨；
将10g氮化膨胀石墨加入400g插层溶剂中，500W超声波振荡处理5小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1000MHz、微波输出功率密度100mW/cm3条件下进行微波辐照60s，得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）取8g可膨胀氮化石墨烯超声分散于40g无水乙醇中，接着加入3g甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，80℃搅拌反应6小时，旋蒸，干燥，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）然后将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯；取20g改性聚苯乙烯和3g氯化钠超声分散于100g四氢呋喃中，作为纺丝溶液；然后将所述的纺丝溶液在温度25℃和湿度30%的环境下进行静电纺丝，除去四氢呋喃，即得所述的复合纤维；
（4）最后将500g苯乙烯单体与30g复合纤维、5g过氧化苯甲酰、10g十二烷基苯磺酸钠、850g去离子水混合均匀，110℃聚合反应5小时，加入20g异戊烷，125℃继续聚合反应3小时，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
其中，步骤（1）中，所述插层溶剂为乙二醇。
步骤（3）中，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.2g三氟化硼乙醚络合物溶于2g无水乙醇，得到引发剂溶液，再将8g改性可膨胀氮化石墨烯与30g苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边利用30分钟匀速滴加所述的引发剂溶液，40℃聚合反应2小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
步骤（3）中，静电纺丝的工艺参数如下：电压20kV，接收距离15cm，纺丝溶液的注射速度为1.5mL/h。
分别利用实施例1～3和对比例所得复合材料用于聚苯乙烯板的加工，具体方法如下：先将复合材料放入水蒸气预发机中，水蒸气压力0.15MPa，95℃预发50s；再放入模压机内，模压压力0.2MPa，95℃模压，即得聚苯乙烯板。然后对所得聚苯乙烯板的机械强度和阻燃性能进行考察，结果见表1和表2。
1、机械强度：
参考《热固复合聚苯乙烯泡沫保温板》JG/T536-2017，对聚苯乙烯板的抗压强度、抗折强度进行测试，并采用简支梁摆锤冲击强度试验机测定试样（试样尺寸为80mm×20mm×20mm）的冲击强度。
2、阻燃性能：
参考UL94标准测试阻燃等级。
参考GB/T 8627-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》对聚苯乙烯板的烟密度等级进行测试。其中，样品尺寸为25.5mm×25.5mm×6.5mm，实验环境为温度25℃，相对温度为50%，具体步骤如下：打开丙烷气，点燃点火器，调整丙烷压力到276kPa，并立即点燃占火器，调整光源使吸光率为0%，将样品水平放置在支架上，使得点火器就位以后火焰正好在样品的下方，关闭排风机、烟箱门，立即将点火器移至样品下，开启计时器，以15s的间隔记录光吸收率，记录4min，试验完成后打开排风机排出烟箱内的烟气。烟密度等级的计算，对每个实施例的三个样品中每隔15s的光吸收数据求平均值，并将平均值与时间的关系绘制到网格纸上，曲线与其下方坐标轴所围的面积为总的产烟量，烟密度等级代表了（0-4）min内的总产烟量。测量曲线与时间轴所围的面积，然后除以曲线图的总面积，即（0-4）min内，（0-100）%的光吸收总面积，再乘以100，即为试样的烟密度等级。
表1. 机械强度比较
抗压强度（MPa） 抗折强度（MPa） 冲击强度（kJ/m<sup>2</sup>）
实施例1 0.29 0.43 0.82
实施例2 0.32 0.42 0.83
实施例3 0.31 0.44 0.85
对比例 0.19 0.30 0.71
表2. 阻燃性能比较
阻燃等级 烟密度等级
实施例1 V-0 15
实施例2 V-0 14
实施例3 V-0 16
对比例 V-1 18
由表1和表2可知，实施例1～3所得复合材料制成的聚苯乙烯板，机械强度高，阻燃性能好。
对比例略去与聚偏氟乙烯的同轴静电纺丝，机械强度和阻燃性能明显变差，说明聚偏氟乙烯与石墨烯成分协同作用，共同改善产品的机械强度和阻燃性能。
本发明通过上述实施例来说明本发明的技术构思，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品个别原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种聚苯乙烯-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在碳酸氢铵的作用下将石墨加工成氮化膨胀石墨，接着在插层溶剂的作用下，将氮化膨胀石墨剥离得到可膨胀氮化石墨烯；
（2）将可膨胀氮化石墨烯利用甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷进行改性处理，得到改性可膨胀氮化石墨烯；
（3）将改性可膨胀氮化石墨烯与苯乙烯单体混合，聚合反应，得到改性聚苯乙烯，接着将改性聚苯乙烯与聚偏氟乙烯同轴静电纺丝，得到复合纤维；
（4）将苯乙烯单体与复合纤维、引发剂、十二烷基苯磺酸钠、去离子水混合均匀，加热聚合反应，加入异戊烷，继续聚合反应，自然冷却至室温，出料，即得所述的复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，以重量份计，氮化膨胀石墨的制备方法如下：将10～15份石墨、5～7份高锰酸钾、1～2份碳酸氢铵搅拌混合，70～80℃搅拌反应1～2小时，水洗后再加入3～4份碳酸氢铵，混合均匀，100～110℃处理1～2小时，接着利用1200～1500W微波处理2～3分钟，即得所述的氮化膨胀石墨。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）的具体方法为：先将氮化膨胀石墨加入插层溶剂中，500～700W超声波振荡处理5～6小时，抽滤取固体，然后在氮气气氛下，将固体在微波频率1000～1200MHz、微波输出功率密度100～150mW/cm3条件下进行微波辐照60～70s，即得所述的可膨胀氮化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量份计，步骤（2）的具体方法为：先将8～10份可膨胀氮化石墨烯超声分散于40～50份无水乙醇中，接着加入3～4份甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷，搅拌混匀，80～90℃搅拌反应6～8小时，旋蒸，干燥，即得所述的改性可膨胀氮化石墨烯。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，以重量份计，改性聚苯乙烯的制备方法如下：先将0.2～0.4份三氟化硼乙醚络合物溶于2～3份无水乙醇，得到引发剂溶液，再将8～10份改性可膨胀氮化石墨烯与30～35份苯乙烯单体混合均匀，接着边搅拌边缓慢匀速滴加所述的引发剂溶液，40～50℃聚合反应2～3小时，减压蒸馏，即得改性聚苯乙烯。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，以重量份计，复合纤维的制备方法如下：先将20～30份改性聚苯乙烯和3～5份氯化钠超声分散于100份四氢呋喃中，作为外管纺丝溶液；再将8～10份聚偏氟乙烯在45～50℃条件下，超声分散于50～55份N,N-二甲基己酰胺中，作为内管纺丝溶液；然后将所述的外管纺丝溶液、内管纺丝溶液在温度25～30℃和湿度30～40%的环境下进行同轴静电纺丝，除去四氢呋喃、N,N-二甲基己酰胺，即得所述的复合纤维，其中，氯化钠的作用是增强导电性，利于同轴纤维的形成。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，苯乙烯单体与复合纤维、引发剂、十二烷基苯磺酸钠、去离子水、异戊烷的质量比为100：6～8：1～1.5：2～3：170～180：4～5。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，加热聚合反应的工艺条件为：110～120℃聚合反应5～7小时；继续聚合反应的工艺条件为：125～135℃继续聚合反应3～5小时。
9.利用权利要求1～8中任一项所述制备方法得到的聚苯乙烯-石墨烯复合材料。
10.如权利要求9所述聚苯乙烯-石墨烯复合材料在聚苯乙烯板加工中的应用。
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