一种石墨烯‑氧化铝纤维复合材料及其制备方法技术

技术编号:17589972 阅读:25 留言:0更新日期:2018-03-31 05:35
本发明专利技术公开了一种石墨烯‑氧化铝纤维复合材料及其制备方法,利用氧化铝纤维表面的氧化石墨烯涂层的溶胀和融合作用可实现对氧化铝纤维的交联。氧化石墨烯作为上浆剂和交联剂,可对氧化铝纤维均匀涂覆,交联过程快速简单,交联强度高。经过进一步的还原后,氧化石墨烯交联层转变为石墨烯交联层,增强了氧化铝纤维间的相互作用,降低了纤维间的接触电阻,使得氧化铝纤维展现出优异的力学性能和导电导热性,可用于复合材料的增强相。这种利用石墨烯交联氧化铝纤维的方法具有很大的研究价值和广泛的应用前景。

A graphene alumina fiber composite material and preparation method thereof

The invention discloses a graphene alumina fiber composite material and its preparation method, the swelling of graphene oxide coated alumina fiber surface and the fusion effect can be realized on crosslinking of alumina fiber. As a sizing agent and a crosslinking agent, graphene oxide can be evenly coated with alumina fibers. The crosslinking process is fast and simple, and the crosslinking strength is high. After further reduction, graphene oxide crosslinking layer into graphene crosslinking layer, enhances the interaction between alumina fiber, reduce the contact resistance between the fibers and the alumina fibers exhibited excellent mechanical properties and conductivity, can be used for reinforced composite material. The method of using graphene to cross - link alumina fiber has great research value and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合纤维领域,尤其涉及一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料及其制备方法。
技术介绍
氧化铝纤维是高性能无机纤维的一种。它以Al2O3为主要成分,有的还含有其它金属氧化物如SiO2和B2O3等成分,具有长纤、短纤、晶须等形式。氧化铝纤维的突出优点是有高强度、高模量、超常的耐热性和耐高温氧化性。与碳纤维和金属纤维相比,可以在更高温度下保持很好的抗拉强度;其表面活性好,易于与金属、陶瓷基体复合;同时还具有热导率小,热膨胀系数低,抗热震性好等优点。此外,与其它高性能无机纤维如碳化硅纤维相比,氧化铝纤维原料成本要低,且生产工艺简单,具有较高的性价比。氧化铝纤维可与树脂、金属或陶瓷进行复合制备高性能复合材料,在航空、航天、军工及高科技领域应用广泛。石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维碳材料,具有低密度、极高的力学强度、热导率和电导率和优良的耐腐蚀性,并且与氧化铝纤维之间有较好的亲和性,因此利用纯石墨烯交联氧化铝纤维,可以通过非熔融的手段实现氧化铝纤维的集束和无纺布化,不仅能很好地维持氧化铝纤维的力学强度、耐高温性、耐腐蚀性,而且能提高材料的导电导热性,降低整体比重,可用作高性能复合材料的填充体。本专利技术利用氧化石墨烯在溶剂中的溶胀和融合作用制备得到纯石墨烯交联的氧化铝纤维,相比于熔融交联的方法能更好保持氧化铝纤维本身的强度,相比于采用其他化学方法交联更为简单易行,绿色环保。由于石墨烯本身的高导电性、高导热性、耐腐蚀性等性能,在对氧化铝纤维表面涂覆后,可以提升氧化铝纤维本身的导电导热性和耐碱性,并且由于石墨烯交联的存在,氧化铝纤维表面可形成导电导热网络,在用于复合材料的增强体使可以更加有效地实现增强。
技术实现思路
由于难以集束,导电导热性差,现有的氧化铝纤维的应用范围受到了限制。本专利技术的目的是针对现有的技术不足,提供一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料及其制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的:一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料,石墨烯包覆在氧化铝纤维表面,氧化铝纤维表面与石墨烯片通过范德华力和氢键连接。氧化铝纤维之间通过包覆在表面的石墨烯实现交联,形成无捻纱,无纺布或短切毡。一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料的制备方法,包括以下步骤:(1)使用氧化石墨烯分散液对氧化铝纤维进行表面涂覆,干燥后得到表面涂覆有氧化石墨烯的氧化铝纤维。(2)将涂覆氧化石墨烯的氧化铝纤维置于溶剂中进行表面溶胀,然后将纤维合并经干燥后形成所述无捻纱,或将纤维相互搭接经干燥后形成所述无纺布或短切毡,干燥温度低于100℃。(3)还原后得到石墨烯-氧化铝纤维复合材料。进一步地,所述步骤(1)中氧化石墨烯分散液的浓度为7mg/g,分散剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲亚砜、二甘醇、吡啶、二氧六环、丁酮、异丙醇等。进一步地,所述步骤(1)中使用氧化石墨烯分散液对氧化铝纤维进行多次涂覆,每次涂覆后干燥,最终干燥后的氧化石墨烯层厚度为3μm。进一步地,所述步骤(2)中溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇等醇类、甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、丙烯酸等有机酸、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、吡啶、二氧六环、氯化钠的水溶液、氯化钙的水溶液、硝酸钠的水溶液、硝酸钙的水溶液、磷酸钠的水溶液、氯化钾的水溶液、氯化铵的水溶液、氢氧化钾的水溶液、氢氧化钠的水溶液或这些溶液的混合液。进一步地,所述步骤(3)中还原方法为使用氢碘酸、水合肼、维他命C、硼氢化钠等化学还原剂进行还原或100~600℃热还原。本专利技术的有益效果在于:(1)纯石墨烯作为氧化铝纤维表面分布均匀,界面附着强度高,浸泡在溶剂中不脱落。(2)纯石墨烯作为氧化铝纤维的交联剂交联强度高。利用氧化石墨烯在溶剂中的溶胀融合作用实现氧化铝纤维的交联,方法简单、省时,采用的溶剂环保,交联效果好,相比其他交联方法具有很大的应用价值。利用此交联方法可以保持氧化铝纤维优异的力学性能,并且可以提升纤维的导电性、导热性等,从而进一步扩展氧化铝纤维材料的应用。附图说明图1是经本专利技术石墨烯交联的氧化铝纤维无纺布的示意图。图2是经本专利技术石墨烯交联的氧化铝纤维无捻纤的示意图。具体实施方式制备石墨烯-氧化铝纤维复合材料的方法包括如下步骤:(1)使用氧化石墨烯分散液对氧化铝纤维进行表面涂覆,干燥后得到表面涂覆有氧化石墨烯的氧化铝纤维。所述氧化石墨烯分散液的浓度为7mg/g,分散剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲亚砜、二甘醇、吡啶、二氧六环、丁酮、异丙醇等。使用氧化石墨烯分散液对氧化铝纤维进行多次涂覆,每次涂覆后干燥,干燥温度约为25~200℃,最终干燥后的氧化石墨烯层厚度为3μm。(2)将涂覆氧化石墨烯的氧化铝纤维置于溶剂中进行表面溶胀,然后将纤维合并经干燥后形成所述无捻纱,或将纤维相互搭接经干燥后形成所述无纺布或短切毡,干燥温度低于100℃。所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇等醇类、甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、丙烯酸等有机酸、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、吡啶、二氧六环、氯化钠的水溶液、氯化钙的水溶液、硝酸钠的水溶液、硝酸钙的水溶液、磷酸钠的水溶液、氯化钾的水溶液、氯化铵的水溶液、氢氧化钾的水溶液、氢氧化钠的水溶液或这些溶液的混合液。(3)还原后得到石墨烯-氧化铝纤维复合材料。所述还原方法为使用氢碘酸、水合肼、维他命C、硼氢化钠等化学还原剂进行还原或100~600℃热还原。为实现氧化铝纤维的交联,本专利技术将氧化石墨烯涂覆到氧化铝纤维表面,氧化石墨烯与氧化铝纤维的羟基形成氢键和范德华力作用,实现均匀牢固涂覆。而后使氧化铝纤维表层氧化石墨烯在溶剂中溶胀,片层获得较大的自由度,干燥时氧化石墨烯片层由于受到溶剂挥发所致的毛细作用力和片层之间的π-π作用力而自发紧密堆叠,因此氧化铝纤维相互交联,如图1,2所示,最终得到石墨烯-氧化铝纤维复合材料,包括无捻纱,无纺布或短切毡等。石墨烯交联的氧化铝纤维保持了氧化铝纤维纤维自身的力学强度、导电、耐腐蚀等性能,提高了氧化铝纤维的导热性,具有很大的实际应用价值。下面通过实施例对本专利技术进行具体描述,本实施例只用于对本专利技术做进一步的说明,不能理解为对本专利技术保护范围的限制,本领域的技术人员根据上述专利技术的内容做出一些非本质的改变和调整均属本专利技术的保护范围。无纺布拉伸强度参考国标GBT15232-1994。实施例1:(1)使用氧化石墨烯的水分散液对氧化铝纤维表面进行反复涂覆干燥,循环次数为15次,得到表面涂覆有氧化石墨烯的氧化铝纤维。氧化石墨烯层厚度为3μm;(2)将步骤(3)得到的涂覆氧化石墨烯的氧化铝纤维置于水中进行表面溶胀,然后将纤维相互搭接经干燥后形成无纺布,干燥温度低于100℃。(3)将步骤(2)得到的氧化石墨烯交联氧化铝纤维置于含有水合肼的封闭釜中,80℃下还原12小时。经以上步骤,石墨烯包覆在氧化铝纤维表面,氧化铝纤维表面与本文档来自技高网
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一种<a href="http://www.xjishu.com/zhuanli/16/201711150763.html" title="一种石墨烯‑氧化铝纤维复合材料及其制备方法原文来自X技术">石墨烯‑氧化铝纤维复合材料及其制备方法</a>

【技术保护点】
一种石墨烯‑氧化铝纤维复合材料,其特征在于,石墨烯包覆在氧化铝纤维表面,氧化铝纤维表面与石墨烯片通过范德华力和氢键连接。氧化铝纤维之间通过包覆在表面的石墨烯实现交联,形成无捻纱,无纺布或短切毡。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料,其特征在于,石墨烯包覆在氧化铝纤维表面,氧化铝纤维表面与石墨烯片通过范德华力和氢键连接。氧化铝纤维之间通过包覆在表面的石墨烯实现交联,形成无捻纱,无纺布或短切毡。2.一种石墨烯-氧化铝纤维复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)使用氧化石墨烯分散液对氧化铝纤维进行表面涂覆,干燥后得到表面涂覆有氧化石墨烯的氧化铝纤维。(2)将涂覆氧化石墨烯的氧化铝纤维置于溶剂中进行表面溶胀,然后将纤维合并经干燥后形成所述无捻纱,或将纤维相互搭接经干燥后形成所述无纺布或短切毡,干燥温度低于100℃。(3)还原后得到石墨烯-氧化铝纤维复合材料。3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述步骤(1)中氧化石墨烯分散液的浓度为7mg/g,分散剂为水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃、二甲亚砜、二甘醇、吡啶、二氧...

【专利技术属性】
技术研发人员:高超陈琛韩燚李拯
申请(专利权)人:杭州高烯科技有限公司
类型:发明
国别省市:浙江,33

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