專利名稱：一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法
技術領域：
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/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法。
背景技術：
聚醚醚酮(PEEK )是一種全芳香族半結晶熱塑性聚合物，作為高性能復合材料的基體，具有優(yōu)異的機械性能及耐熱和耐化學性能，在工程中得到廣泛應用，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)整堆砌形成結晶結構；然而，由于其合成工藝較為復雜，成本較高，摩擦因數(shù)偏大，從而限制了它的應用；于是，國內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復合材料的力學及抗磨性能，但是鈦基晶須的用量較大，導致復合材料的加工困難。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，它被認為是富勒烯、碳納米管(CNT)、石墨的基本結構單元，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，高導電性，良好的耐化學耐熱性，高比表面積等特點，需要通過物理或者化學改性的方法將石墨烯應用于聚合物材料的增強方面；為此，相關研究 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、熱學和電學性能，而關于功能化石墨烯改性聚醚醚酮納米復合薄膜的研究還未見報道。

發(fā)明內容
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/氧化石墨烯納米復合薄膜，由于復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合，實現(xiàn)了石墨烯與聚醚醚酮基體的分子尺度上的復合，在提高聚醚醚酮材料的摩擦學性能的同時，能有效提高材料的力學和熱穩(wěn)定性能，將會在航天航空、電氣、微電子和汽車等行業(yè)得到廣泛的應用。一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法，其特征在于按下列步驟進行的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行磺化處理；
C.用硅烷偶聯(lián)劑對氧化石墨烯進行表面改性；
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/氧化石墨烯納米復合薄膜。所述的硅烷偶聯(lián)劑的加入量為氧化石墨烯質量的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，達到了分子水平的有機/無機納米復合，制備方法工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化，在結構材料、摩擦材料、耐熱材料、阻隔材料等方面存在著潛在的應用價值。
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，將反應體系轉移到35°C水浴中攪拌反應半小時，將200 ml的去離子水緩慢的加入到反應體系中，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/氧化石墨烯納米復合薄膜的摩擦磨損性能和力學性能
權利要求
1.一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法，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行磺化處理； C.用硅烷偶聯(lián)劑對氧化石墨烯進行表面改性； 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/氧化石墨烯納米復合薄膜。
2.如權利要求I所述的一種聚醚醚酮/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法，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/氧化石墨烯納米復合薄膜的制備方法。本復合薄膜由硅烷偶聯(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，達到了分子水平的有機/無機納米復合，制備方法工藝簡單，操作方便，易于工業(yè)化，在結構材料、摩擦材料、耐熱材料、阻隔材料等方面存在著潛在的應用價值。
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)先權日2012年8月21日
發(fā)明者宋浩杰, 李娜, 趙學超, 李金波, 閔春英 申請人:江蘇大學