專利名稱：一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種功能高分子材料的制備方法，特別是一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
聚醚醚酮(PEEK )是一種全芳香族半結(jié)晶熱塑性聚合物，作為高性能復(fù)合材料的基體，具有優(yōu)異的機械性能及耐熱和耐化學(xué)性能，在工程中得到廣泛應(yīng)用，因而成為繼聚四氟乙烯(PTFE )之后的又一類倍受歡迎的耐磨減摩材料；PEEK分子的重復(fù)單元有19個碳原子，12個氫原子和3個氧原子以數(shù)量比為3:2:1的苯環(huán)、醚鍵、羰基構(gòu)成，醚鍵的存在增加了分子鏈段的柔順性，有利于鏈段的規(guī)整堆砌形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)；然而，由于其合成工藝較為復(fù)雜，成本較高，摩擦因數(shù)偏大，從而限制了它的應(yīng)用；于是，國內(nèi)外的研究者利用聚四氟 乙烯、聚苯硫醚、碳纖維、玻璃纖維、其它微米顆粒、納米粒子等對其進(jìn)行共混、填充等增強改性處理，但是仍然難以滿足高精度、高載荷、耐熱、耐腐蝕和耐磨損的要求；例如，玻纖、碳纖和微米顆粒增強的聚醚醚酮，由于顆粒和纖維的尺寸粗大，碎斷后的質(zhì)點硬，在摩擦過程中容易損傷對偶材料，且作為減摩耐磨材料其耐磨性也不夠理想；專利200610097372. 6利用鈦基晶須來改善聚醚醚酮復(fù)合材料的抗磨減摩性能，盡管通過添加改性鈦基晶須改善了PEEK復(fù)合材料的力學(xué)及抗磨性能，但是鈦基晶須的用量較大，導(dǎo)致復(fù)合材料的加工困難。石墨烯是單原子厚度的碳原子層，近年才被發(fā)現(xiàn)的二維碳原子晶體，它被認(rèn)為是富勒烯、碳納米管(CNT)、石墨的基本結(jié)構(gòu)單元，因其在力、熱、電、光等方面都具有優(yōu)異的性能，頗受物理和材料學(xué)界的重視；但是石墨烯不易大量制備，宏觀以聚集態(tài)形式存在，為了充分利用其高強度，高模量，高導(dǎo)電性，良好的耐化學(xué)耐熱性，高比表面積等特點，需要通過物理或者化學(xué)改性的方法將石墨烯應(yīng)用于聚合物材料的增強方面；為此，相關(guān)研究 Macromolecules 2010, 43，2357-2363，ACS Nano 2009, 3，3884-3890，Macromolecules 2010，43，6716 - 6723，ACS Applied Materials & Interface 2010，2，1707-1713，將石墨烯添加到聚乙烯醇、環(huán)氧、尼龍6、殼聚糖等高分子基體中來提高這些高分子的機械、力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能，而關(guān)于功能化石墨烯改性聚醚醚酮納米復(fù)合薄膜的研究還未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明從提高材料綜合性能的角度出發(fā)，制備了一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜，由于復(fù)合薄膜中含有均勻分散的氧化石墨烯片，并且這些石墨烯片與聚醚醚酮分子鏈共價結(jié)合，實現(xiàn)了石墨烯與聚醚醚酮基體的分子尺度上的復(fù)合，在提高聚醚醚酮材料的摩擦學(xué)性能的同時，能有效提高材料的力學(xué)和熱穩(wěn)定性能，將會在航天航空、電氣、微電子和汽車等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于按下列步驟進(jìn)行的A.用Hummers方法將石墨氧化解離成氧化石墨烯片；
B.用濃硫酸對聚醚醚酮粉末進(jìn)行磺化處理；
C.用硅烷偶聯(lián)劑對氧化石墨烯進(jìn)行表面改性；
D.將表面改性的氧化石 墨烯與用濃H2SO4磺化的聚醚醚酮粉末分散于N，N-二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中，固含量為20-50%，氧化石墨烯為磺化聚醚醚酮質(zhì)量的
O.1%_1%，超聲分散O. 5-1小時后，所得溶液在常溫下真空脫氣O. 5-1小時，所得溶液倒入模具中于40-80°C真空干燥6-12小時后得到聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜。所述的硅烷偶聯(lián)劑的加入量為氧化石墨烯質(zhì)量的10-50%，硅烷偶聯(lián)劑為KH550、KH560、KH570 或 KH792。本發(fā)明的表面改性氧化石墨烯是利用Hummers方法將石墨氧化解離成氧化石墨烯片，利用氧化石墨烯片表面大量的羧基、羥基、環(huán)氧基等活性基團作為接枝反應(yīng)點，將不同官能團的硅烷劑接枝到氧化石墨烯表面，從而解決了氧化石墨烯在聚合物基體中的分散和相容問題。本發(fā)明的改性聚醚醚酮是利用濃H2SO4磺化聚醚醚酮粉末，引入磺酸根基團，從而解決了聚醚醚酮在N，N- 二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中的溶解問題。本發(fā)明制備的聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜，解決了其它制備方法中的有機和無機界面的分散問題，達(dá)到了分子水平的有機/無機納米復(fù)合，制備方法工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化，在結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、耐熱材料、阻隔材料等方面存在著潛在的應(yīng)用價值。
具體實施例方式實施例I
a.改性氧化石墨烯的制備將5 g天然石墨和5 g硝酸鈉加入到200ml的濃硫酸中，置于冰浴中攪拌30 min，然后緩慢加入10 g高錳酸鉀，待高錳酸鉀完全溶解后，將反應(yīng)體系轉(zhuǎn)移到35°C水浴中攪拌反應(yīng)半小時，將200 ml的去離子水緩慢的加入到反應(yīng)體系中，繼續(xù)攪拌，再加入50 ml 30%的過氧化氫溶液，最后將上述溶液離心過濾，多次用水洗滌至中性、干燥即可制得氧化石墨烯。b.磺化聚醚醚酮的制備lg聚醚醚酮粉末溶于50ml濃硫酸中，室溫攪拌反應(yīng)3-5小時后，將溶液倒入冰水混合物中，攪拌I小時后，靜置過夜，再用去離子水多次洗滌，直到溶液的PH為6. 5-7. 5時過濾出沉降的聚合物，60°C干燥24h后得到磺化聚醚醚酮。c.氧化石墨烯的硅烷偶聯(lián)劑處理將O. 5g氧化石墨烯分散到IOOml乙醇中，超聲30分鐘后，將O. Iml KH-550滴加到含有氧化石墨烯的乙醇溶液中，反應(yīng)體系在氮氣保護下于75°C油浴中磁力攪拌6小時，然后取出，過濾，用乙醇洗滌3次，在烘箱中于80°C干燥12小時。d.聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備取O. 05g硅烷偶聯(lián)劑處理的氧化石墨烯和5g磺化聚醚醚酮分散于25ml的N，N- 二甲基甲酰胺中，超聲分散60分鐘后，將混合溶液常溫下真空脫氣60分鐘，最后將混合溶液倒入模具中，在80°C干燥12小時，即可制得聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜，將該材料在UMT-2摩擦磨損試驗機上測試摩擦磨損性能，2. 94 N, ,0. 063 m/s,測試時間I h ;材料的力學(xué)性能在微控萬能材料拉伸試驗機上測試，10 mm/min。表I聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的摩擦磨損性能和力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于包括下列步驟 A.用Hummers方法將石墨氧化解離成氧化石墨烯片； B.用濃硫酸對聚醚醚酮粉末進(jìn)行磺化處理； C.用硅烷偶聯(lián)劑對氧化石墨烯進(jìn)行表面改性； D.將表面改性的氧化石墨烯與用濃H2SO4磺化的聚醚醚酮粉末分散于N，N-二甲基甲酰胺或N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中，固含量為20-50%，氧化石墨烯為磺化聚醚醚酮質(zhì)量的O.1%_1%，超聲分散O. 5-1小時后，所得溶液在常溫下真空脫氣O. 5-1小時，所得溶液倒入模具中于40-80°C真空干燥6-12小時后得到聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜。
2.如權(quán)利要求I所述的一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于所述的娃燒偶聯(lián)劑的加入量為氧化石墨稀質(zhì)量的10-50%,娃燒偶聯(lián)劑為KH550、KH560、KH570 或 KH792。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種功能高分子材料的制備方法，特別是一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜的制備方法。本復(fù)合薄膜由硅烷偶聯(lián)劑處理過的氧化石墨烯和磺化的聚醚醚酮共混而成，采用流延成型，其強度高，抗磨減摩效果好。本發(fā)明制備的聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復(fù)合薄膜，解決了其它制備方法中的有機和無機界面的分散問題，達(dá)到了分子水平的有機/無機納米復(fù)合，制備方法工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化，在結(jié)構(gòu)材料、摩擦材料、耐熱材料、阻隔材料等方面存在著潛在的應(yīng)用價值。
文檔編號C08K9/06GK102827386SQ20121029726
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者宋浩杰, 李娜, 趙學(xué)超, 李金波, 閔春英 申請人:江蘇大學(xué)