本發(fā)明屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種新型石墨烯阻燃HDPE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，成功從炭黑中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的炭黑，在我國儲能豐富，價格低廉。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。

作為目前發(fā)現(xiàn)的最薄、強度最大、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯被稱為“黑金”，是“新材料之王”，科學(xué)家甚至預(yù)言石墨烯將“徹底改變21世紀(jì)”。極有可能掀起一場席卷全球的顛覆性新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)革命。

石墨烯在實驗室中是在2004年，當(dāng)時，英國曼徹斯特大學(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單的方法得到越來越薄的炭黑薄片。他們從高定向熱解炭黑中剝離出炭黑片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把炭黑片一分為二。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。

石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層。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100倍，甚至還要超過鉆石。在石墨烯中，每個碳原子都有一個未成鍵的p電子，這些p電子可以在晶體中自由移動，且運動速度高達(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了72％-81％的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。

中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的炭黑，在我國儲能豐富，價格低廉。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。

2015年9月2日，據(jù)日本的科學(xué)技術(shù)振興機構(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)勢也是極為突出的。前不久美國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)性缺陷等進行檢測。而石墨烯在超輕型飛機材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用，隨著社會城市化、科技化、人性化的發(fā)展，設(shè)計一種阻燃效果好、伸長率高、氧指數(shù)高且強度高的石墨烯阻燃HDPE及其制備方法，以滿足市場需求，是非常必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：

本發(fā)明針對現(xiàn)有石墨烯阻燃HDPE硬度低、強度低、伸長率低和阻燃效果差等技術(shù)問題，提供一種石墨烯阻燃HDPE及其制備方法。

技術(shù)方案：

一種新型石墨烯阻燃HDPE，所述石墨烯阻燃HDPE的原料按重量份數(shù)配比如下：石墨烯100份，HDPE80-100份，聚丙烯蠟10-30份，二氧化硅8-12份，氫氧化鎂40-60份，紅磷5-10份，丁腈橡膠4-8份，炭黑2-6份，十溴二苯醚15-35份，TTS偶聯(lián)劑1-5份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯阻燃HDPE的原料按重量份數(shù)配比如下：石墨烯100份，HDPE80份，聚丙烯蠟10份，二氧化硅8份，氫氧化鎂40份，紅磷5份，丁腈橡膠4份，炭黑2份，十溴二苯醚15份，TTS偶聯(lián)劑1份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯阻燃HDPE的原料按重量份數(shù)配比如下：石墨烯100份，HDPE100份，聚丙烯蠟30份，二氧化硅12份，氫氧化鎂60份，紅磷10份，丁腈橡膠8份，炭黑6份，十溴二苯醚35份，TTS偶聯(lián)劑5份。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述石墨烯阻燃HDPE的原料按重量份數(shù)配比如下：石墨烯100份，HDPE90份，聚丙烯蠟20份，二氧化硅10份，氫氧化鎂50份，紅磷8份，丁腈橡膠6份，炭黑4份，十溴二苯醚25份，TTS偶聯(lián)劑3份。

一種所述石墨烯阻燃HDPE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、HDPE、聚丙烯蠟、二氧化硅、氫氧化鎂、紅磷、丁腈橡膠、炭黑、十溴二苯醚和TTS偶聯(lián)劑；

第二步：將原料在80℃下攪拌30分鐘，攪拌速度為900r/min，使其混合均勻；

第三步：在雙螺桿擠出機中熔融塑化造粒，擠出溫度200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、210℃下，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，制得石墨烯阻燃HDPE。

有益效果：

本發(fā)明所述一種新型石墨烯阻燃HDPE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，邵氏硬度95-97，維卡軟化點130-140℃；2、原料價格低廉，操作簡單易行，缺口沖擊強度不斷；3、斷裂伸長率350-450％，拉伸強度14-18MPa，拉伸斷裂強度20MPa；4、氧指數(shù)38-48％，無滴落，力學(xué)性能好，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

具體實施方式

實施例1:

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，HDPE80份，聚丙烯蠟10份，二氧化硅8份，氫氧化鎂40份，紅磷5份，丁腈橡膠4份，炭黑2份，十溴二苯醚15份，TTS偶聯(lián)劑1份。

將原料在80℃下攪拌30分鐘，攪拌速度為900r/min，使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機中熔融塑化造粒，擠出溫度200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、210℃下，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，制得石墨烯阻燃HDPE。

實施例2：

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，HDPE100份，聚丙烯蠟30份，二氧化硅12份，氫氧化鎂60份，紅磷10份，丁腈橡膠8份，炭黑6份，十溴二苯醚35份，TTS偶聯(lián)劑5份。

將原料在80℃下攪拌30分鐘，攪拌速度為900r/min，使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機中熔融塑化造粒，擠出溫度200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、210℃下，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，制得石墨烯阻燃HDPE。

實施例3：

按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，HDPE90份，聚丙烯蠟20份，二氧化硅10份，氫氧化鎂50份，紅磷8份，丁腈橡膠6份，炭黑4份，十溴二苯醚25份，TTS偶聯(lián)劑3份。

將原料在80℃下攪拌30分鐘，攪拌速度為900r/min，使其混合均勻。

在雙螺桿擠出機中熔融塑化造粒，擠出溫度200℃、210℃、220℃、220℃、220℃、210℃下，螺桿轉(zhuǎn)速100r/min，制得石墨烯阻燃HDPE。

阻燃性能良好，邵氏硬度97，維卡軟化點140℃；原料價格低廉，操作簡單易行，缺口沖擊強度不斷；斷裂伸長率450％，拉伸強度18MPa，拉伸斷裂強度20MPa；氧指數(shù)48％，無滴落，力學(xué)性能好，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。

以上實施例中的所有組分均可以商業(yè)購買。

上述實施例只是用于對本發(fā)明的內(nèi)容進行闡述，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)。