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一種石墨烯復(fù)合ABS及其制備方法與流程

文檔序號(hào):12343577閱讀:371來源:國(guó)知局

本發(fā)明屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域,尤其涉及一種石墨烯復(fù)合ABS及其制備方法。



背景技術(shù):

石墨烯(Graphene)是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年,英國(guó)曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫,成功從石墨中分離出石墨烯,證實(shí)它可以單獨(dú)存在,兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

中國(guó)在石墨烯研究上也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),從生產(chǎn)角度看,作為石墨烯生產(chǎn)原料的石墨,在我國(guó)儲(chǔ)能豐富,價(jià)格低廉。另外,批量化生產(chǎn)和大尺寸生產(chǎn)是阻礙石墨烯大規(guī)模商用的最主要因素。而我國(guó)最新的研究成果已成功突破這兩大難題,制造成本已從5000元/克降至3元/克,解決了這種材料的量產(chǎn)難題。利用化學(xué)氣相沉積法成功制造出了國(guó)內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯,并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上,制備出了7英寸石墨烯觸摸屏。

石墨烯在實(shí)驗(yàn)室中是在2004年,當(dāng)時(shí),英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈·杰姆和克斯特亞·諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡(jiǎn)單的方法得到越來越薄的石墨薄片。他們從高定向熱解石墨中剝離出石墨片,然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上,撕開膠帶,就能把石墨片一分為二。不斷地這樣操作,于是薄片越來越薄,最后,他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片,這就是石墨烯。這以后,制備石墨烯的新方法層出不窮,經(jīng)過5年的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn),將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時(shí)不遠(yuǎn)了。因此,在隨后三年內(nèi),安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng),他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu),它的晶格是由六個(gè)碳原子圍成的六邊形,厚度為一個(gè)原子層。碳原子之間由σ鍵連接,結(jié)合方式為sp2雜化,這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強(qiáng)100倍,甚至還要超過鉆石。在石墨烯中,每個(gè)碳原子都有一個(gè)未成鍵的p電子,這些p電子可以在晶體中自由移動(dòng),且運(yùn)動(dòng)速度高達(dá)光速的1/300,賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯是新一代的透明導(dǎo)電材料,在可見光區(qū),四層石墨烯的透過率與傳統(tǒng)的ITO薄膜相當(dāng),在其它波段,四層石墨烯的透過率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ITO薄膜。

石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾。人們發(fā)現(xiàn),石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能,超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性,它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中,電子能夠極為高效地遷移,而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體,例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞,傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量,2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費(fèi)了72%-81%的電能,石墨烯則不同,它的電子能量不會(huì)被損耗,這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。

2015年9月2日,據(jù)日本的科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)與日本東北大學(xué)的原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)(AIMR)發(fā)表,在作為下一代蓄電池而被熱切期待的鋰空氣電池中,通過使用具備三維構(gòu)造的多孔材質(zhì)石墨烯作為陽(yáng)極材料,獲得了較高的能量利用效率和100次以上的充放電性能。如果電動(dòng)車使用這種新型電池,則巡航里程將從目前的200公里左右增加到500-600公里左右。

由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性,石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也是極為突出的。前不久美國(guó)NASA開發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器,就能很好的對(duì)地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行檢測(cè)。而石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用,隨著社會(huì)城市化、科技化、人性化的發(fā)展,設(shè)計(jì)一種阻燃效果好、伸長(zhǎng)率高、氧指數(shù)高且強(qiáng)度高的石墨烯復(fù)合ABS及其制備方法,以滿足市場(chǎng)需求,是非常必要的。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

解決的技術(shù)問題:

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有石墨烯復(fù)合ABS強(qiáng)度低、伸長(zhǎng)率低和阻燃效果差等技術(shù)問題,提供一種石墨烯復(fù)合ABS及其制備方法。

技術(shù)方案:

一種石墨烯復(fù)合ABS,所述石墨烯復(fù)合ABS的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份,ABS80-100份,IFR30-50份,蒙脫土4-8份,空心玻璃微珠20-30份,磷酸三苯酯10-20份,二氧化鈦1.5-5.5份,石墨5-15份,硅酮粉4-8份,間苯二酚雙二苯磷酸酯10-15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯復(fù)合ABS的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份,ABS80份,IFR30份,蒙脫土4份,空心玻璃微珠20份,磷酸三苯酯10份,二氧化鈦1.5份,石墨5份,硅酮粉4份,間苯二酚雙二苯磷酸酯10份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯復(fù)合ABS的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份,ABS100份,IFR50份,蒙脫土8份,空心玻璃微珠30份,磷酸三苯酯20份,二氧化鈦5.5份,石墨15份,硅酮粉8份,間苯二酚雙二苯磷酸酯15份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯復(fù)合ABS的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份,ABS90份,IFR40份,蒙脫土6份,空心玻璃微珠25份,磷酸三苯酯15份,二氧化鈦3.5份,石墨10份,硅酮粉6份,間苯二酚雙二苯磷酸酯12份。

一種所述石墨烯復(fù)合ABS的制備方法,包括如下步驟:

第一步:按重量份數(shù)配比稱取石墨烯、ABS、IFR、蒙脫土、空心玻璃微珠、磷酸三苯酯、二氧化鈦、石墨、硅酮粉和間苯二酚雙二苯磷酸酯;

第二步:將原料在70℃下攪拌20分鐘,攪拌速度為850r/min,使其混合均勻;

第三步:在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒,擠出溫度160℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、190℃下,螺桿轉(zhuǎn)速70r/min,制得石墨烯復(fù)合ABS。

有益效果:

本發(fā)明所述一種石墨烯復(fù)合ABS及其制備方法采用以上技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下技術(shù)效果:1、阻燃性能良好,維卡軟化點(diǎn)100-120℃,離火自熄;2、原料價(jià)格低廉,操作簡(jiǎn)單易行,燃燒無(wú)煙,彎曲強(qiáng)度75-85MPa,彎曲模量2300-2500MPa;3、斷裂伸長(zhǎng)率30-50%,拉伸強(qiáng)度55-65MPa,缺口沖擊強(qiáng)度30-50kJ/m2;4、氧指數(shù)30-35%,無(wú)滴落,洛氏硬度106-110,力學(xué)性能好,熔體流動(dòng)指數(shù)2.6-3g/10min,可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1:

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份,ABS80份,IFR30份,蒙脫土4份,空心玻璃微珠20份,磷酸三苯酯10份,二氧化鈦1.5份,石墨5份,硅酮粉4份,間苯二酚雙二苯磷酸酯10份。

將原料在70℃下攪拌20分鐘,攪拌速度為850r/min,使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒,擠出溫度160℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、190℃下,螺桿轉(zhuǎn)速70r/min,制得石墨烯復(fù)合ABS。

實(shí)施例2:

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份,ABS100份,IFR50份,蒙脫土8份,空心玻璃微珠30份,磷酸三苯酯20份,二氧化鈦5.5份,石墨15份,硅酮粉8份,間苯二酚雙二苯磷酸酯15份。

將原料在70℃下攪拌20分鐘,攪拌速度為850r/min,使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒,擠出溫度160℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、190℃下,螺桿轉(zhuǎn)速70r/min,制得石墨烯復(fù)合ABS。

實(shí)施例3:

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份,ABS90份,IFR40份,蒙脫土6份,空心玻璃微珠25份,磷酸三苯酯15份,二氧化鈦3.5份,石墨10份,硅酮粉6份,間苯二酚雙二苯磷酸酯12份。

將原料在70℃下攪拌20分鐘,攪拌速度為850r/min,使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒,擠出溫度160℃、190℃、200℃、205℃、205℃、210℃、210℃、205℃、190℃下,螺桿轉(zhuǎn)速70r/min,制得石墨烯復(fù)合ABS。

阻燃性能良好,維卡軟化點(diǎn)100-120℃,離火自熄;原料價(jià)格低廉,操作簡(jiǎn)單易行,燃燒無(wú)煙,彎曲強(qiáng)度75-85MPa,彎曲模量2300-2500MPa;斷裂伸長(zhǎng)率30-50%,拉伸強(qiáng)度55-65MPa,缺口沖擊強(qiáng)度30-50kJ/m2;氧指數(shù)30-35%,無(wú)滴落,洛氏硬度106-110,力學(xué)性能好,熔體流動(dòng)指數(shù)2.6-3g/10min。

以上實(shí)施例中的所有組分均可以商業(yè)購(gòu)買。

上述實(shí)施例只是用于對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行闡述,而不是限制,因此在和本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變,都應(yīng)該認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。

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