本發(fā)明涉及一種聚苯醚/石墨烯納米復合材料制備方法，屬于高分子材料加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚苯醚(PPO)是美國通用電器公司于20世紀60年代中期開發(fā)的熱塑性樹脂，屬五大通用工程塑料之一，具有優(yōu)良的物理力學性能、耐熱性和電氣絕緣性，高溫下耐蠕變性在所有熱塑性工程塑料中最優(yōu)，并具有優(yōu)良的耐酸、耐堿、耐化學藥品性，水解穩(wěn)定性極好，成型收縮率和熱膨脹系數(shù)小，尺寸穩(wěn)定性好，制品在高壓蒸汽中反復使用性能穩(wěn)定。因此，PPO已廣泛應用于電子電器、汽車和工業(yè)機械等方面。但PPO制品缺口沖擊強度低，易發(fā)生應力開裂，同時其熔體粘度高，加工成型性極差，致使純PPO樹脂不能采用注射方法成型，從而極大限制其應用。石墨烯是sp2雜化碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的炭材料，具有優(yōu)異的力學、熱學、電學性能和耐磨自潤滑性，其強度達130GPa，是目前強度最高的材料；熱導率達5000W.m-1.K-1，是金剛石的3倍；載流子遷移率高達15000cm2.V-1.S-1，是目前已知的在常溫下導電性能最好的材料。因此，將石墨烯與PPO復合，可進一步提高PPO力學性能、耐磨自潤滑性、耐老化性，賦予其高的導電性、傳熱性，以拓寬其在航空航天、汽車、電子電氣等領(lǐng)域的應用，滿足實際更高的應用需求。
在PPO/石墨烯納米復合材料制備研究方面，中國專利ZL 201210288314.7，公開了一種聚苯醚/尼龍/石墨烯復合材料，當聚苯醚用量為35份、接枝聚苯醚用量為5份、尼龍用量為45份、SEBS用量為14份、石墨烯用量為1份時，其體積電阻率可達5E+8Ω.cm，可滿足靜電噴涂要求。中國專利ZL 102352035 A，公開了一種無機納米復合陰離子交換膜及其制備方法，采用氧化石墨烯與堿性功能化的溴化聚苯醚進行復合，所得陰離子交換膜具有較高的傳導率及力學性能。中國專利ZL 201410512227.4公開了一種光伏接線盒盒體材料，由聚苯醚、石墨烯、聚苯乙烯、彈性體、阻燃劑等組成，當聚苯醚為60份、聚苯乙烯為40份、石墨烯為10份時，其導熱系數(shù)可達23wm-1k-1。結(jié)構(gòu)完整的石墨烯由苯環(huán)組成，化學穩(wěn)定性高，表面呈惰性，與其它介質(zhì)作用弱；且石墨烯片層間存在較強范德華力，易團聚，極大限制其研究應用；如何采用高效簡便、易于實施的方法實現(xiàn)石墨烯在PPO基體中的良好分散，并改善其加工性能，以利于采用常規(guī)擠出、注塑、壓制等熔體復合的加工方法進行制品成型，是制備高性能PPO/石墨烯納米復合材料、并實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應用的關(guān)鍵。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種高性能PPO/石墨烯納米復合材料及其制備方法，其特點是采用反應性偶聯(lián)劑插層修飾氧化石墨烯，將其分散于苯乙烯單體乳液中，通過原位聚合、還原獲得聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體，進一步將其與PPO粉體復合，通過熔融擠出共混方法獲得PPO/石墨烯納米復合材料，利用PPO與聚苯乙烯熱力學互容性，不僅使石墨烯較好分散于PPO基體中，還可改善PPO的可加工性，從而賦予PPO優(yōu)異的力學性能、耐磨自潤滑性、耐老化性、導電性、導熱性等綜合性能。
本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施實現(xiàn)，其中所述原料分數(shù)除特殊說明外，均為重量份數(shù)。
PPO/石墨烯納米復合材料起始原料配方組分為：
其中，抗氧劑為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(即：Irganox1010)，N,N'-雙-[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；鵠己二胺(即：Irganox1098)，β-(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯(即：Irganox1076)，2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(即：BHT(264))中的任一種；
乳化劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的任一種；
引發(fā)劑為硝酸鈰銨、過硫酸銨、過硫酸鉀、亞硫酸氫鈉中的任一種；
還原劑為水合肼、硼氫化鈉、維生素C、檸檬酸鈉、正丁胺、異丙醇、苯甲醇、對苯二酚中的任一種；
含烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑為乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基-三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷中的任一種。
聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體的制備：
將0.1-10份氧化石墨烯分散在100-1000份去離子水中，加入0.1-10份含烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑于室溫攪拌均勻，采用超聲波分散10-200min，超聲波功率為100-5000w、頻率為10000-100000HZ，超聲溫度為40-100℃；然后于40～90℃加入0.05～3份乳化劑，攪拌溶解，隨后加入苯乙烯5-50份，通氮除氧30分鐘，使其充分乳化；加入引發(fā)劑0.05～3份，攪拌均勻，反應4～8h；繼續(xù)加入0.01-100份還原劑，于50-100℃油浴中還原反應2-10h，產(chǎn)物過濾，用蒸餾水洗滌，于90℃干燥8h至恒重、粉碎，獲得聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體；
PPO/石墨烯納米復合材料的制備：
將PPO 100份與抗氧劑0.05～2份、聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體5-50份加入高速混合機中混合，再用雙螺桿擠出機熔融混煉，擠出造粒，螺桿轉(zhuǎn)速50～200轉(zhuǎn)/分，料筒溫度270～340℃，即獲得PPO/石墨烯納米復合材料。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點
本發(fā)明旨在制備一種高性能PPO/石墨烯納米復合材料。針對PPO熔體粘度高、難以熔融加工成型及石墨烯片層間存在較強范德華力、易團聚而難以分散的問題，首先采用含烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑插層修飾氧化石墨烯，將其分散于苯乙烯單體乳液中，通過原位聚合并進一步還原的方法獲得聚苯乙烯/氧化石墨烯納米復合粉體，由于含烯鍵的硅烷偶聯(lián)劑可參與苯乙烯聚合反應，從而增強石墨烯與聚苯乙烯分子的界面鍵合作用及分散性；進一步通過PPO與聚苯乙烯熱力學互容，將聚苯乙烯/氧化石墨烯納米復合粉體與PPO粉體復合，通過熔融擠出共混方法獲得PPO/石墨烯納米復合材料。聚苯乙烯/氧化石墨烯納米復合粉體發(fā)揮界面橋梁作用，不僅使石墨烯較好分散于PPO基體中，聚苯乙烯的引入還可改善PPO的熔體加工成型性，從而賦予PPO優(yōu)異的力學性能、耐磨自潤滑性、耐老化性、導電性、導熱性等綜合性能。
具體實施方式
下面通過實施例對本發(fā)明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發(fā)明進行進一步說明，不能理解為對本發(fā)明保護范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容對本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進和調(diào)整。
實施例1
將10g氧化石墨烯分散在1000g去離子水中，加入5g乙烯基三乙氧基硅烷于室溫攪拌均勻，采用超聲波分散30min，超聲波功率為2000w、頻率為20000HZ、超聲溫度為80℃；然后于70℃加入2g十二烷基硫酸鈉，攪拌溶解，隨后加入苯乙烯100g，通氮除氧30分鐘，使其充分乳化；加入硝酸鈰銨1g，攪拌均勻，反應4h；繼續(xù)加入50g水合肼，于80℃油浴中還原反應8h，產(chǎn)物過濾，用蒸餾水洗滌，于90℃干燥8h至恒重、粉碎，獲得聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體；
將PPO 1Kg與四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯5g、聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體100g加入高速混合機中混合，再用雙螺桿擠出機熔融混煉，擠出造粒，螺桿轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分，料筒溫度290～320℃，即獲得PPO/石墨烯納米復合材料，其表面電阻率可達6E+10Ω。
實施例2
將50g氧化石墨烯分散在7000g去離子水中，加入100g乙烯基-三(β-甲氧基乙氧基)硅烷于室溫攪拌均勻，采用超聲波分散100min，超聲波功率為3000w、頻率為40000HZ、超聲溫度為60℃；然后于80℃加入4g十二烷基磺酸鈉，攪拌溶解，隨后加入苯乙烯300g，通氮除氧30分鐘，使其充分乳化；加入過硫酸鉀1.2g，攪拌均勻，反應6h；繼續(xù)加入500g硼氫化鈉，于100℃油浴中還原反應6h，產(chǎn)物過濾，用蒸餾水洗滌，于90℃干燥8h至恒重、粉碎，獲得聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體；
將PPO 1Kg與β-(4-羥基-3，5-二叔丁基苯基)丙酸十八醇酯10g、聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體350g加入高速混合機中混合，再用雙螺桿擠出機熔融混煉，擠出造粒，螺桿轉(zhuǎn)速100轉(zhuǎn)/分，料筒溫度280～330℃，即獲得PPO/石墨烯納米復合材料，其表面電阻率可達9E+8Ω。
實施例3
將30g氧化石墨烯分散在5000g去離子水中，加入30gγ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷于室溫攪拌均勻，采用超聲波分散200min，超聲波功率為800w、頻率為60000HZ、超聲溫度為50℃；然后于85℃加入3g十二烷基苯磺酸鈉，攪拌溶解，隨后加入苯乙烯200g，通氮除氧30分鐘，使其充分乳化；加入過硫酸銨0.8g，攪拌均勻，反應8h；然后加入200g維生素C，于60℃油浴中還原反應4h，產(chǎn)物過濾，用蒸餾水洗滌，于90℃干燥8h至恒重、粉碎，獲得聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體；
將PPO 1Kg與N,N'-雙-[3-(3,5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；鵠己二胺3g、聚苯乙烯/石墨烯納米復合粉體230g加入高速混合機中混合，再用雙螺桿擠出機熔融混煉，擠出造粒，螺桿轉(zhuǎn)速130轉(zhuǎn)/分，料筒溫度280～340℃，即獲得PPO/石墨烯納米復合材料，其表面電阻率可達3E+9Ω。