一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及高分子材料技术领域，公开了一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料及其制备方法，该制备方法包括如下步骤：S1：改性剂加热熔融后与超高分子量聚乙烯和石墨混合，冷却，得到固态混合物；S2：除去固态混合物中的改性剂，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体；S3：混合超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体与四氢呋喃或二甲苯，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液；S4：将超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液涂抹，进行热压处理，即得超高分子量聚乙烯/石墨复合材料；改性剂为苯酚或1,2,3

【技术实现步骤摘要】
一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及高分子材料
，更具体地，涉及一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯(Ultra
‑
high molecular weight polyethylene，UHMWPE)是指分子量为150万以上的无支链线型聚乙烯，具有低密度、高化学稳定性、耐冲击性、优异的生物相容性、低摩擦系数、高耐磨性和良好的自润滑性能等优点；同时，超高分子量聚乙烯也具有表面硬度低、机械强度不高、热变形温度低、耐高温性能差以及加工困难等缺点。因此，为了填补超高分子量聚乙烯的不足跟拓宽其应用范围，需要对超高分子量聚乙烯进行性能改善。
[0003]目前，超高分子量聚乙烯的常用性能改善方法有氧化、交联、共混、填料复合等，其中，填料复合最常用的方式为熔融复合和溶液复合。由于超高分子量聚乙烯的粘度较高，所以使用熔融复合方式对超高分子量聚乙烯进行性能改善时，存在加工难、成本高等问题；但是，使用溶液复合方式则不存在这些问题，而且溶液复合方式能够使超高分子量聚乙烯的超长分子链舒展，提高复合能力，进而有效提升和改善超高分子量聚乙烯的性能。
[0004]然而，目前现有的溶液复合方式难以将高粘度的超高分子量聚乙烯和石墨混合均匀，经常出现石墨团聚、超高分子量聚乙烯分子链难以舒展、复合不均等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述溶液复合方式难以将高粘度的超高分子量聚乙烯和石墨混合均匀的问题，提供一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料。
[0006]本专利技术的另一目的是提供上述超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法。本专利技术采用恰当的溶剂溶解超高分子量聚乙烯，并使其分子链充分舒展，且联合超声搅拌方式使石墨均匀分散，保证了超高分子量聚乙烯与石墨的均匀复合，得到了性能优异的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料。
[0007]为实现上述技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：改性剂加热熔融后与超高分子量聚乙烯和石墨混合，冷却，得到固态混合物；
[0010]S2：除去固态混合物中的改性剂，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体；
[0011]S3：混合超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体与四氢呋喃或二甲苯，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液；
[0012]S4：将超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液涂抹，进行热压处理，即得超高分子量聚乙烯/石墨复合材料；
[0013]其中，步骤S1中所述改性剂为苯酚或1,2,3
‑
三氯苯中的一种或两种。
[0014]本专利技术选用的改性剂苯酚的熔点高于室温、且容易溶解超高分子量聚乙烯，能够
使超高分子量聚乙烯的分子链得到充分舒展，同时当苯酚降温形成固体时，不仅能够固定超高分子量聚乙烯分子链的舒展状态，而且还能固定石墨在超高分子量聚乙烯中的分散状态，防止石墨聚集，使超高分子量聚乙烯和石墨均匀复合，得到性能优异的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料。
[0015]优选地，所述步骤S1具体为使用磁力搅拌器搅拌加热熔融改性剂，在超声分散的条件下再加入超高分子量聚乙烯和石墨并混合均匀，停止加热，自然冷却，得到固态混合物。
[0016]专利技术人通过多次实验发现，在使用改性剂苯酚的条件下，通过超声分散和磁力搅拌处理，可以使超高分子量聚乙烯的分子链更加舒展，同时也使石墨更加均匀地分散在超高分子量聚乙烯中，保证了超高分子量聚乙烯和石墨的均匀复合，提高了超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的性能。
[0017]另外，本专利技术在自然冷却改性剂苯酚冷形成固体的过程中，进行了磁力搅拌，加速了冷却过程，也保证了该体系各部分的降温速率相同，避免了自然冷却过程中超高分子量聚乙烯和石墨由于在改性剂苯酚中的析出能力不同而分离，使石墨在超高分子量聚乙烯中分散得更加均匀。
[0018]进一步优选地，所述超声分散的功率为100～1000W。
[0019]进一步优选地，所述加热熔融改性剂的温度为70～160℃。
[0020]优选地，步骤S1中所述超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万，优选为330万。
[0021]优选地，步骤S1中所述石墨为石墨粉、石墨片(GNP)或氧化石墨烯(GO)中的一种或多种。
[0022]优选地，步骤S1中所述石墨与超高分子量聚乙烯的质量比为1:1～1:9。
[0023]优选地，步骤S1中所述改性剂与超高分子量聚乙烯的质量比为2500:(15～27)。
[0024]优选地，所述步骤S2具体为将固态混合物与四氢呋喃搅拌混合，抽滤，取固体并用四氢呋喃洗涤，烘干，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体。
[0025]优选地，所述步骤S3具体为通过球磨分散超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体与四氢呋喃或二甲苯，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液。
[0026]优选地，步骤S3中超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体与四氢呋喃或二甲苯用量比为0.03～0.1g/mL，优选为0.06g/mL。
[0027]优选地，所述步骤S4具体为超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液倒在基底上，刮涂成膜，热压处理，即得超高分子量聚乙烯/石墨复合材料。
[0028]进一步优选地，所述基底为聚四氟乙烯薄膜。
[0029]优选地，步骤S4中所述热压处理的温度为200～250℃，优选为220℃。
[0030]一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料，由上述制备方法制备而成。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术通过改性剂苯酚的选用以及超声分散和磁力搅拌的处理，使超高分子量聚乙烯的分子链得到了充分舒展，同时也使石墨均匀地分散在超高分子量聚乙烯中，并通过改性剂苯酚的降温凝固，达到了固定超高分子量聚乙烯分子链的舒展状态和石墨在超高分子量聚乙烯中的分散状态的效果，防止了石墨聚集，使超高分子量聚乙烯和石墨均匀复合，得到了性能优异的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料。此外，超高分子量聚乙烯/石墨复合
材料中石墨质量含量的增加，能够增大该复合材料的结晶温度、电导率、拉伸强度和拉伸模量。
附图说明
[0033]图1为超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体和超高分子量聚乙烯/石墨复合物的样品表观图，图A为实施例1步骤S2制备的超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体的样品表观图，图B为对比例2制备的超高分子量聚乙烯/石墨复合物的样品表观图。
[0034]图2为实施例1～5的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料和对比例1的超高分子量聚乙烯材料的差示扫描量热法(DSC)升温熔融曲线。
[0035]图3为实施例1～5的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料和对比例1的超高分子量聚乙烯材料的差示扫描量热法(DSC)降温结晶曲线。
[0036]图4为实施例1～5不同石墨质量含量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：改性剂加热熔融后与超高分子量聚乙烯和石墨混合，冷却，得到固态混合物；S2：除去固态混合物中的改性剂，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体；S3：混合超高分子量聚乙烯/石墨复合粉体与四氢呋喃或二甲苯，得到超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液；S4：将超高分子量聚乙烯/石墨复合浆液涂抹，进行热压处理，即得超高分子量聚乙烯/石墨复合材料；其中，步骤S1中所述改性剂为苯酚或1,2,3
‑
三氯苯中的一种或两种。2.根据权利要求1所述的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1具体为使用磁力搅拌器搅拌加热熔融改性剂，在超声分散的条件下再加入超高分子量聚乙烯和石墨并混合均匀，停止加热，自然冷却，得到固态混合物。3.根据权利要求1～2任一所述的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述超高分子量聚乙烯的分子量为250～400万。4.根据权利要求1～2任一所述的超高分子量聚乙烯/石墨复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述石墨为石墨粉、石墨片或氧化石墨烯中的一种或...

【专利技术属性】
技术研发人员：章自寿，麦堪成，李安琪，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：