本发明专利技术涉及磁性聚氨酯弹性体复合材料，具体为高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，解决磁性弹性体复合材料机械力学性能与磁性能难以同时优化的问题，方案为：用化学共沉淀法制备Fe3O4水基磁性液体，通过吸附作用制备石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子；将石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子提纯后分散在有机溶剂中制得石墨烯@Fe3O4复合有机磁性液体；以石墨烯@Fe3O4复合有机磁性液体为主要原料之一，采用磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料。优点为：解决了复合材料制备成型过程中功能填料易团聚的问题，改善并控制功能粒子在高分子基体中的分散与分布，引入了石墨烯，磁性弹性体复合材料的力学与磁性能同时得到提高，磁性功能复合材料具有优异的力学与磁性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁性聚氨酯弹性体复合材料，具体为高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法。
技术介绍
Fe3O4聚氨酯磁性弹性体复合材料因为具有优异性能，如磁学特性、轻质、低磁损、稳定性好、易加工，因而可广泛应用于智能阻尼、电磁屏蔽、宽带微波吸收、磁控传感器、磁密封器件等领域。但是，该磁性功能材料始终存在机械力学性能与磁性能难以同时提高的矛盾问题，大大限制其应用。造成这一现象的原因主要是磁性粒子在弹性体中的分散性差，Fe3O4磁性粒子发生了严重的团聚造成的。目前为了解决功能填料在基体中的分散性差的问题，国内外研究者通过对磁性粒子进行表面有机修饰或减小磁性粒子的浓度等方法来降低磁性粒子的团聚。但是，这种表面有机修饰虽然提高了磁性粒子的分散性，减少了团聚，但是力学性能依然会随着磁性粒子掺杂浓度的增加而降低，而减小磁性粒子掺杂浓度将降低复合材料的磁性能。传统的磁性弹性体复合材料的机械力学性能与磁性能难以同时优化的矛盾问题依然是本研究领域最具有挑战性的课题之一，也是磁性弹性体复合材料推广应用急迫需要解决的问题之一。
技术实现思路
本专利技术解决现有磁性弹性体复合材料机械力学性能与磁性能难以同时优化的问题，提供一种高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，包括如下步骤：1）、制备稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体；a、在冰浴条件下，将2g天然鳞片石墨和2g硝酸钠加入到46ml的浓硫酸中，以600r/min的速度强烈搅拌30min；进一步将6g高锰酸钾以0.5g/min的速度加入到上述三种物质的混合溶液中，然后以600r/min的速度强烈搅拌60min；将上述四种物质的混合液转移到45℃水浴中，以400r/min的速度搅拌4h后，将80ml去离子水加入到上述四种物质混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待反应溶液的温度达到95℃时，点连成线地加入200ml去离子水，再逐滴加入16ml浓度为30%的双氧水，溶液由棕黄色逐渐生成金黄色沉淀物；依次用浓度为2mol/L的HCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直到溶液的pH值呈中性后，过滤，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得自制氧化石墨；b、将3.58g FeCl2·4H2O和6.08g FeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌均匀后，在搅拌速度为500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度缓慢滴加90mL浓度为1.34mol/L 的NaOH溶液，滴加完毕之后继续反应90min后停止，冷却至室温，将所得溶液进行磁分离得到黑色沉淀，即Fe3O4磁性粒子，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤6~8次，直至上清液的pH呈中性；然后将Fe3O4磁性粒子以200r/min的速度机械搅拌10min，并于120mL去离子水中超声分散20min，形成稳定的浓度为0.025g/mL的Fe3O4水基磁性液体；c、称取一定质量的所述自制氧化石墨加入到120ml去离子水中，超声分散1~3h形成氧化石墨烯均匀分散液后，置于80℃水浴中，向其中加入一定体积的的所述浓度为0.025g/ml的Fe3O4水基磁性液体，其中自制氧化石墨与Fe3O4的质量比为0.05~1.5:1，在N2保护下，以300r/min的速度机械搅拌30min后，滴加1.5~3倍所述自制氧化石墨质量的抗坏血酸或者水合肼或者氢碘酸作为还原剂，继续反应1h后得到石墨烯@Fe3O4复合水基磁性液体；磁分离除去上层清液，再将剩余溶液超声分散、磁分离，反复洗涤5次，得到石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子；d、将0.4g所述石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子加入到40ml易挥发（沸点低于90℃）、与水和聚四氢呋喃醚二醇互溶，且与水和聚四氢呋喃醚二醇不发生化学反应的有机溶剂中，以100r/min的速度搅拌，并同时超声分散20min，随后磁分离去除上层液，再用所述有机溶剂超声分散、磁分离，反复洗涤7次；最后将磁分离提纯后得到的石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子超声分散于一定体积的所述有机溶剂中，形成浓度为0.005~0.08g/mL稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体；2）、磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料；a、将一定体积的所述石墨烯@Fe3O4有机磁性液体与一定量的液体状的聚四氢呋喃醚二醇混合，以400r/min的速度搅拌并同时超声1.5h后，升温至60~90℃，以400r/min的速度搅拌30min后升温至100~120℃，在真空度为0.08kPa的条件下保持3~5h；b、然后，冷却至25~40℃，将一定量的甲苯二异氰酸酯加入到反应体系中，以400r/min的速度搅拌，保持在40~60℃温度下反应50min后，将温度升高至80~95℃反应1.5~3h，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯预聚体；c、最后将一定量的扩链剂亚甲基双邻氯苯胺加入到所述石墨烯@Fe3O4聚氨酯预聚体中，所述聚四氢呋喃醚二醇、甲苯二异氰酸酯与亚甲基双邻氯苯胺的质量比为40~220:12~68:7~39；以600r/min的速度快速搅拌1min，在室温和真空度为0.08kPa的条件下抽真空脱泡3~6min，倒入已预热到100~120℃的铁模具中，在温度100~120℃、压力10MPa和外加0.1~2.0T磁场条件下硫化25~35min，再置于100℃烘箱中后硫化24h，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料，所述石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料中石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子的掺杂量大于0且小于等于20wt%。制备石墨烯@Fe3O4有机磁性液体时，采用本专利技术方法先制备氧化石墨，再制备Fe3O4磁性粒子，并将Fe3O4磁性粒子超声分散于去离子水中，调中性，形成稳定的浓度为0.025g/mL的Fe3O4水基磁性液体，然后将所述自制的氧化石墨超声分散于去离子水中，与Fe3O4水基磁性液体在N2保护下滴加还原剂，得到石墨烯@Fe3O4复合水基磁性液体；磁分离去除上清液后，将水溶液超声分散、磁分离，反复洗涤多次后，提纯得到石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子；最后将石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子与有机溶剂混合后超声分散，磁分离去除上清液，再用有机溶剂超声分散、磁分离，反复洗涤，以去除磁性粒子间残留的水分；最后将提纯后的石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子超声分散于有机溶剂中，形成浓度为0.005~0.08g/mL的稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体。磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料时，先将石墨烯@Fe3O4有机磁性液体与聚四氢呋喃醚二醇混合，以除去其中残留的水分和有机溶剂，防止与后续反应物发生化学反应；然后加入甲苯二异氰酸酯，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯预聚体；最后加入扩链剂亚甲基双邻氯苯胺，将制得的材料导入预热的铁模具中，外加磁场条件下硫化、烘干，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料。本专利技术2）步骤中所涉及的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体、聚四氢本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：1）、制备稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体；a、在冰浴条件下，将2g天然鳞片石墨和2g硝酸钠加入到46ml的浓硫酸中，以600r/min的速度强烈搅拌30min；进一步将6g高锰酸钾以0.5g/min的速度加入到上述三种物质的混合溶液中，然后以600r/min的速度强烈搅拌60min；将上述四种物质的混合液转移到45℃水浴中，以400r/min的速度搅拌4h后，将80ml去离子水加入到上述四种物质混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待反应溶液的温度达到95℃是，点连成线地加入200ml去离子水，再逐滴加入16ml浓度为30%的双氧水，溶液由棕黄色逐渐生成金黄色沉淀物；依次用浓度为2mol/L的HCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直到溶液的pH值呈中性后，过滤，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得自制氧化石墨；b、将3.58g FeCl2·4H2O和6.08g FeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌均匀后，在搅拌速度为500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度缓慢滴加90mL浓度为1.34mol/L 的NaOH溶液，滴加完毕之后继续反应90min后停止，冷却至室温，将所得溶液进行磁分离得到黑色沉淀，即Fe3O4磁性粒子，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤6~8次，直至上清液的pH呈中性；然后将Fe3O4磁性粒子以200r/min的速度机械搅拌10min，并于120mL去离子水中超声分散20min，形成稳定的浓度为0.025g/mL的Fe3O4水基磁性液体；c、称取一定质量的所述自制氧化石墨加入到120ml去离子水中，超声分散1~3h形成氧化石墨烯均匀分散液后，置于80℃水浴中，向其中加入一定体积的的所述浓度为0.025g/ml的Fe3O4水基磁性液体，其中自制氧化石墨与Fe3O4的质量比为0.05~1.5:1，在N2保护下，以300r/min的速度机械搅拌30min后，滴加1.5~3倍所述自制氧化石墨质量的抗坏血酸或者水合肼或者氢碘酸作为还原剂，继续反应1h后得到石墨烯@Fe3O4复合水基磁性液体；磁分离除去上层清液，再将剩余溶液超声分散、磁分离，反复洗涤5次，得到石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子；d、将0.4g所述石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子加入到40ml易挥发、与水和聚四氢呋喃醚二醇互溶，且与水和聚四氢呋喃醚二醇不发生化学反应的有机溶剂中，以100r/min的速度搅拌，并同时超声分散20min，随后磁分离去除上层液，再用所述有机溶剂超声分散、磁分离，反复洗涤7次；最后将磁分离提纯后得到的石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子超声分散于一定体积的所述有机溶剂中，形成浓度为0.005~0.08g/mL稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体；2）、磁控原位聚合法制备石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料；a、将一定体积的所述石墨烯@Fe3O4有机磁性液体与一定量的液体状的聚四氢呋喃醚二醇混合，以400r/min的速度搅拌并同时超声1.5h后，升温至60~90℃，以400r/min的速度搅拌30min后升温至100~120℃，在真空度为0.08kPa的条件下保持3~5h；b、然后，冷却至25~40℃，将一定量的甲苯二异氰酸酯加入到反应体系中，以400r/min的速度搅拌，保持在40~60℃温度下反应50min后，将温度升高至80~95℃反应1.5~3h，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯预聚体；c、最后将一定量的扩链剂亚甲基双邻氯苯胺加入到所述石墨烯@Fe3O4聚氨酯预聚体中，所述聚四氢呋喃醚二醇、甲苯二异氰酸酯与亚甲基双邻氯苯胺的质量比为40~220:12~68:7~39；以600r/min的速度快速搅拌1min，在室温和真空度为0.08kPa的条件下抽真空脱泡3~6min，倒入已预热到100~120℃的铁模具中，在温度100~120℃、压力10MPa和外加0.1~2.0T磁场条件下硫化25~35min，再置于100℃烘箱中后硫化24h，得到石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料，所述石墨烯@Fe3O4聚氨酯弹性体复合材料中石墨烯@Fe3O4复合磁性粒子的掺杂量大于0且小于等于20wt%。...
【技术特征摘要】
1.一种高性能磁性聚氨酯弹性体复合材料制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）、制备稳定的石墨烯@Fe3O4有机磁性液体；
a、在冰浴条件下，将2g天然鳞片石墨和2g硝酸钠加入到46ml的浓硫酸中，以600r/min的速度强烈搅拌30min；进一步将6g高锰酸钾以0.5g/min的速度加入到上述三种物质的混合溶液中，然后以600r/min的速度强烈搅拌60min；将上述四种物质的混合液转移到45℃水浴中，以400r/min的速度搅拌4h后，将80ml去离子水加入到上述四种物质混合液中，然后将其转移到95℃的油浴中；待反应溶液的温度达到95℃是，点连成线地加入200ml去离子水，再逐滴加入16ml浓度为30%的双氧水，溶液由棕黄色逐渐生成金黄色沉淀物；依次用浓度为2mol/L的HCl溶液、去离子水和无水乙醇多次离心洗涤，直到溶液的pH值呈中性后，过滤，将金黄色沉淀物置于烘箱内60℃烘干，即得自制氧化石墨；
b、将3.58g FeCl2·4H2O和6.08g FeCl3·6H2O溶解于90mL去离子水中，置于50℃恒温水浴中，搅拌均匀后，在搅拌速度为500r/min的剧烈机械搅拌下，以1滴/秒的速度缓慢滴加90mL浓度为1.34mol/L 的NaOH溶液，滴加完毕之后继续反应90min后停止，冷却至室温，将所得溶液进行磁分离得到黑色沉淀，即Fe3O4磁性粒子，除去上层清液，再用去离子水超声分散、磁分离，重复洗涤6~8次，直至上清液的pH呈中性；然后将Fe3O4磁性粒子以200r/min的速度机械搅拌10min，并于120mL去离子水中超声分散20min，形成稳定的浓度为0.025g/mL的Fe3O4水基磁性液体；
c、称取一定质量的所述自制氧化石墨加入到120ml去离子水中，超声分散1~3h形成氧化石墨烯均匀分散液后，置于80℃水浴中，向其中加入一定体积的的所述浓度为0.025g/ml的Fe3O4水基磁性液体，其中自制氧化石墨与Fe3O4的质量比为0.05~1.5:1，在N2保护下，以300r/min的速度机械搅拌30min后，滴加1.5~3倍所述自制氧化石墨质量的抗坏血酸或者水合肼或者氢碘酸作为还原剂，继续反应1h后得到石墨烯@Fe3O4复合水基磁性液体；磁分离除去上层清液，再将剩余溶液超声分散、磁分离，反复洗涤5次，得到石墨烯@...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘亚青，孙友谊，于海林，王妍，池慧娟，赵贵哲，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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