一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用，制备方法包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在复合溶剂中，向其中加入胺基类化合物，混合均匀后，再加入端氨基含氟聚醚或端羟基含氟聚醚，分散均匀、干燥后得偶联处理的氧化石墨烯；将聚甲醛、抗氧剂和偶联处理的氧化石墨烯混合均匀后、熔融混炼，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。制备的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，其于真空下于230℃受热1小时的热失重率相对于纯聚甲醛降低60‑80％，其拉伸强度可达50～60MPa，缺口冲击强度可达7～9KJ/m

【技术实现步骤摘要】
一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于高分子材料加工领域，具体涉及一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。聚甲醛(POM)是以[-CH2-O-]为主链、无支化、高熔点、高密度、高结晶热塑性工程塑料，具有很高的强度和刚度、优异的耐蠕变性、耐疲劳性、固有润滑性、耐磨损性和耐化学药品性等，是工程塑料中最接近金属的品种，可用以代替铜、铝、锌等有色金属及合金制品，广泛应用于电子电气、汽车、轻工、机械、化工、建材等领域。石墨烯是sp2杂化碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的炭材料，具有优异的力学、热学、电学性能和耐磨自润滑性，比表面积极大，对甲醛、甲酸等降解产物具有较好的吸附作用。因此，将石墨烯与聚甲醛复合，可进一步提高聚甲醛力学性能、耐磨自润滑性、热稳定及耐老化性能等，以拓宽其在航空航天、汽车、电子电气等领域的应用，满足实际更高的应用需求。人们已初步开展了聚甲醛/石墨烯纳米复合材料相关研究工作。专利技术人发现，目前有关聚甲醛/石墨烯纳米复合材料研究的相关报道极少，这是因为聚甲醛分子链规整，无极性，结晶度高，与其它树脂或填料相容性差；而结构完整的石墨烯由苯环组成，化学稳定性高，表面呈惰性，与其它介质作用弱，且石墨烯片层间存在较强范德华力，易团聚，极大限制其研究应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的是提供一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料及其制备方法与应用。为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散在复合溶剂中，向其中加入胺基类化合物，混合均匀后，再加入端氨基含氟聚醚或端羟基含氟聚醚，分散均匀、干燥后得偶联处理的氧化石墨烯；将聚甲醛、抗氧剂和偶联处理的氧化石墨烯混合均匀后、熔融混炼，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。将聚甲醛的甲醛吸收剂-胺基类化合物接枝于氧化石墨烯分子上，并进一步将端氨基或端羟基含氟聚醚插层于石墨烯层间，由于含氟聚醚化合物不仅是一种高效润滑剂，且与聚甲醛具有相似的分子结构；同时甲醛吸收剂-胺基类化合物可通过铆接于石墨烯表面而稳定、提高耐迁移性，还与聚甲醛分子具有较强分子间作用，从而可提高石墨烯在聚甲醛基体中的分散性，通过常规的挤出、注塑、热压等加工方法即可制备聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，有效提升聚甲醛热稳定、耐磨自润滑性等。在一些实施例中，所述胺基类化合物为三聚氰胺、双氰胺或尿素。在一些实施例中，所述复合溶剂为去离子水-甲醇复合溶剂，去离子水与甲醇的体积比为1:1。甲醛吸收剂只能溶解于该比例的复合溶剂。在一些实施例中，所述端氨基含氟聚醚的粘度指数为30-200，端氨基含氟聚醚的粘度指数为30-200。在一些实施例中，抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(Irganox1010)、N,N'-双-[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基]己二胺(Irganox1098)、β-(4-羟基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯(Irganox1076)或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT(264))。在一些实施例中，聚甲醛、氧化石墨烯、抗氧剂、胺基类化合物和含氟聚醚的质量比为100:0.1-20:0.05-5:0.05-10:0.5-20。进一步的，所述聚甲醛的熔融指数为9-27g/10min。所述聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法制备得到的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。所述聚甲醛/石墨细纳米复合材料在航空航天、汽车以及电子电气领域中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术针对聚甲醛与其它树脂或填料相容性差、而石墨烯片层间存在较强范德华力、易团聚而难以分散的问题，利用聚甲醛的甲醛吸收剂分子上的胺基与氧化石墨烯分子上的羧基、环氧基的反应，将甲醛吸收剂接枝于氧化石墨烯分子上，不仅可提高低分子量甲醛吸收剂的耐迁移性，减少加工应用中的挥发损失，还可通过其与聚甲醛分子的较强的作用提高石墨烯在聚甲醛基体中的分散性，并且具有碱性的甲醛吸收剂对氧化石墨烯具有一定的还原性，可提升其耐磨性能。进一步将将端氨基或端羟基含氟聚醚插层于石墨烯层间，由于含氟聚醚化合物不仅是一种高效润滑剂，可协同石墨烯提升聚甲醛耐磨自润滑性，且与聚甲醛具有相似的分子结构，从而可进一步提高石墨烯在聚甲醛基体中的分散性，并通过常规的挤出、注塑、热压等加工方法即可制备聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，有效提升聚甲醛热稳定、耐磨自润滑性、抗静电/导电性等，获得综合性能优异的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，具有较好的应用前景。制备的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，其于真空下于230℃受热1小时的热失重率相对于纯聚甲醛降低60-80％，其拉伸强度可达50～60MPa，缺口冲击强度可达7～9KJ/m2左右，断裂伸长率可达40～50％，摩擦系数可达0.12-0.2。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。实施例1将10g氧化石墨烯分散在2000g、体积比为1:1的去离子水/甲醇复合溶剂中，加入10g三聚氰胺于室温溶解、搅拌均匀，采用超声波分散60min，进一步加入20g粘度指数为100的端羟基含氟聚醚，超声分散80min，超声波功率为2000w，超声温度为50℃；将产物过滤，用蒸馏水/甲醇洗涤，于90℃干燥8h至恒重；将1Kg聚甲醛与3g四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即：Irganox1010)、10g偶联处理氧化石墨烯加入高速混合机中混合均匀，再用双螺杆挤出机熔融混炼，挤出造粒，螺杆转速50～200转/分，料筒温度140～220℃，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。制备的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料，其于真空下于230℃受热1小时的热失重率相对于纯聚甲醛降低80％，其拉伸强度可达60MPa，缺口冲击强度可达9KJ/m2左右，断裂伸长率可达45％，摩擦系数可达0.2。实施例2将50g氧化石墨烯分散在5000g、体积比为1:1的去离子水/甲醇复合溶剂中，加入40g尿素于室温溶解、搅拌均匀，采用超声波分散90min，进一步加入50g粘度指数为80的端氨基含氟聚醚，超声分散90min，超声波功率为250本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：/n将氧化石墨烯分散在复合溶剂中，向其中加入胺基类化合物，混合均匀后，再加入端氨基含氟聚醚或端羟基含氟聚醚，分散均匀、干燥后得偶联处理的氧化石墨烯；/n将聚甲醛、抗氧剂和偶联处理的氧化石墨烯混合均匀后、熔融混炼，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将氧化石墨烯分散在复合溶剂中，向其中加入胺基类化合物，混合均匀后，再加入端氨基含氟聚醚或端羟基含氟聚醚，分散均匀、干燥后得偶联处理的氧化石墨烯；
将聚甲醛、抗氧剂和偶联处理的氧化石墨烯混合均匀后、熔融混炼，即得聚甲醛/石墨烯纳米复合材料。


2.根据权利要求1所述的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述胺基类化合物为三聚氰胺、双氰胺或尿素。


3.根据权利要求1所述的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述复合溶剂为去离子水-甲醇复合溶剂。


4.根据权利要求3所述的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：去离子水与甲醇的体积比为1:1。


5.根据权利要求1所述的聚甲醛/石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述端氨基含氟聚醚的粘度指数为30-200，端氨基含氟聚醚的粘度指数为30-200。


6.根据权利要求1所述的聚甲醛...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志远，何闯，叶林，张钊，赵晓文，张伟，张华，康亚立，肖红玲，孙淑杰，
申请(专利权)人：兖矿集团有限公司，兖矿鲁南化工有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37