一种高强度石墨烯材料的制备方法技术

一种高强度石墨烯材料的制备方法，原料为：石墨、邻苯二甲酸二酯、甲基异丁基甲酮、亚磷酸三壬基苯酯、SEBS、麻纤维、硬脂酸钙、聚偏氟乙烯、氧化锌、钛白粉、PVC、CPE、SMA、氧化石墨烯和交联剂，混合均匀、塑化造粒后煅烧即得；原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度110‑150，离火自熄，热变形温度提高20‑30%；断裂伸长率高达300‑500%，拉伸强度80‑120MPa；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，热导率35‑55W/（m·k）；印刷电极性好，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，缺口冲击强度70‑110J/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。

Preparation method of high strength graphene material

A method for preparing high strength graphene materials is described. The raw materials are graphite, diester phthalate, methyl isobutyl ketone, trinonylphenyl phosphite, SEBS, hemp fiber, calcium stearate, polyvinylidene fluoride, zinc oxide, titanium dioxide, PVC, CPE, SMA, graphene oxide and crosslinking agent, which are mixed evenly and plasticized for granulation. It has a wide range of raw materials, low cost, Rockwell hardness 110 150, self-extinguishing from the fire, thermal deformation temperature increased by 20 30%; elongation at break as high as 300 500%, tensile strength 80 120 MPa; good compression permanent deformation, high energy density, good electrical conductivity, thermal conductivity 35 W /(m k); good printed electrode, high. Effective and energy-saving, can be accurately prepared, each component has a synergistic effect, the notch impact strength 70 110J / m, easy to use, good thermal conductivity, simple process, can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度石墨烯材料的制备方法
本专利技术涉及石墨烯材料，尤其涉及一种高强度石墨烯材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。由石墨烯薄片组成的石墨纸拥有很多的孔，因而石墨纸显得很脆，然而，经氧化得到功能化石墨烯，再由功能化石墨烯做成石墨纸则会异常坚固强。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/（V·s），这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟（InSb）的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/（V·s）。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50~500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/（V·s）左右。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法CVD。基于石墨烯的复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，其在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能，具有广阔的应用前景。目前石墨烯复合材料的研究主要集中在石墨烯聚合物复合材料和石墨烯基无机纳米复合材料上，而随着对石墨烯研究的深入，石墨烯增强体在块体金属基复合材料中的应用也越来越受到人们的重视。石墨烯制成的多功能聚合物复合材料、高强度多孔陶瓷材料，增强了复合材料的许多特殊性能。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（AndreGeim）和康斯坦丁·诺沃消洛夫（KonstantinNovoselov）发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷。2009年，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯能够在实验中被制备出来。石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键与苯环类似，因而具有优良的导电和光学性能。
技术实现思路
本专利技术提供一种高强度石墨烯材料的制备方法，解决现有石墨烯材料成本高昂、压缩永久变形差、断裂伸长率低和硬度低等技术问题。本专利技术采用以下技术方案：一种高强度石墨烯材料的制备方法，步骤为：第一步：按照组份的质量份数配比称取石墨100份、邻苯二甲酸二酯8-12份、甲基异丁基甲酮30-40份、亚磷酸三壬基苯酯4-8份、SEBS1-20份、麻纤维15-25份、硬脂酸钙0.3-0.7份、聚偏氟乙烯15-35份、氧化锌3-7份、钛白粉1-5份、PVC40-80份、CPE8-12份、SMA20-30份、氧化石墨烯10-30份、交联剂2-6份；第二步：将石墨、聚偏氟乙烯和PVC投入研磨机中研磨15-55min，过200-300目筛后投入烘箱中干燥20-40min，再与邻苯二甲酸二酯、甲基异丁基甲酮、亚磷酸三壬基苯酯和麻纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至55-65℃，搅拌30-50min，搅拌速度200-300r/min；第三步：加入硬脂酸钙、钛白粉、CPE和SMA，升温至80-100℃，恒温反应60-80min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，注塑样条；第四步：再加入剩余原料，400-600℃下混合60-100min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后即得。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、邻苯二甲酸二酯8份、甲基异丁基甲酮30份、亚磷酸三壬基苯酯4份、SEBS1份、麻纤维15份、硬脂酸钙0.3份、聚偏氟乙烯15份、氧化锌3份、钛白粉1份、PVC40份、CPE8份、SMA20份、氧化石墨烯10份、交联剂2份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、邻苯二甲酸二酯12份、甲基异丁基甲酮40份、亚磷酸三壬基苯酯8份、SEBS20份、麻纤维25份、硬脂酸钙0.7份、聚偏氟乙烯35份、氧化锌7份、钛白粉5份、PVC80份、CPE12份、SMA30份、氧化石墨烯30份、交联剂6份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、邻苯二甲酸二酯10份、甲基异丁基甲酮35份、亚磷酸三壬基苯酯6份、SEBS10份、麻纤维20份、硬脂酸钙0.5份、聚偏氟乙烯25份、氧化锌5份、钛白粉3份、PVC60份、CPE10份、SMA25份、氧化石墨烯20份、交联剂4份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述交联剂采用交联剂AD。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第二步中的烘箱烘干温度为75-95℃。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第四步中的混合速度为1000-1200r/min。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述第四步中的煅烧条件为先升温至600-700℃，保温2-6h，再升温至800-1000℃，煅烧1-4h。本专利技术所述一种高强度石墨烯材料的制备方法采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：1、原料来源广泛，成本低廉，洛氏硬度110-150，离火自熄，热变形温度提高20-30%；2、各个组分之间具有协同作用，断裂伸长率高达300-500%，拉伸强度80-120MPa；3、压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，热导率35-55W/（m·k）；4、印刷电极性好，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，缺口冲击强度70-110J/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明：实施例1：第一步：按质量份数配比称取：石墨100份、邻苯二甲酸二酯8份、甲基异丁基甲酮30份、亚磷酸三壬基苯酯4份、SEBS1份、麻纤维15份、硬脂酸钙0.3份、聚偏氟乙烯15份、氧化锌3份、钛白粉1份、PVC40份、CPE8份、SMA20份、氧化石墨烯10份、交联剂AD2份。第二步：将石墨、聚偏氟乙烯和PVC投入研磨机中研磨15min，过200目筛后投入烘箱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度石墨烯材料的制备方法，其特征在于步骤为：第一步：按照组份的质量份数配比称取石墨100份、邻苯二甲酸二酯8‑12份、甲基异丁基甲酮30‑40份、亚磷酸三壬基苯酯4‑8份、SEBS1‑20份、麻纤维15‑25份、硬脂酸钙0.3‑0.7份、聚偏氟乙烯15‑35份、氧化锌3‑7份、钛白粉1‑5份、PVC40‑80份、CPE8‑12份、SMA20‑30份、氧化石墨烯10‑30份、交联剂2‑6份；第二步：将石墨、聚偏氟乙烯和PVC投入研磨机中研磨15‑55min，过200‑300目筛后投入烘箱中干燥20‑40min，再与邻苯二甲酸二酯、甲基异丁基甲酮、亚磷酸三壬基苯酯和麻纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至55‑65℃，搅拌30‑50min，搅拌速度200‑300 r/min；第三步：加入硬脂酸钙、钛白粉、CPE和SMA，升温至80‑100℃，恒温反应60‑80min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，注塑样条；第四步：再加入剩余原料，400‑600℃下混合60‑100min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后即得。

【技术特征摘要】
1.一种高强度石墨烯材料的制备方法，其特征在于步骤为：第一步：按照组份的质量份数配比称取石墨100份、邻苯二甲酸二酯8-12份、甲基异丁基甲酮30-40份、亚磷酸三壬基苯酯4-8份、SEBS1-20份、麻纤维15-25份、硬脂酸钙0.3-0.7份、聚偏氟乙烯15-35份、氧化锌3-7份、钛白粉1-5份、PVC40-80份、CPE8-12份、SMA20-30份、氧化石墨烯10-30份、交联剂2-6份；第二步：将石墨、聚偏氟乙烯和PVC投入研磨机中研磨15-55min，过200-300目筛后投入烘箱中干燥20-40min，再与邻苯二甲酸二酯、甲基异丁基甲酮、亚磷酸三壬基苯酯和麻纤维一起投入带有温度计、加热装置和搅拌装置的反应釜中，升温至55-65℃，搅拌30-50min，搅拌速度200-300r/min；第三步：加入硬脂酸钙、钛白粉、CPE和SMA，升温至80-100℃，恒温反应60-80min，搅拌均匀后投入双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，注塑样条；第四步：再加入剩余原料，400-600℃下混合60-100min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后即得。2.根据权利要求1所述的高强度石墨烯材料的制备方法，其特征在于：所述原料按照组份的质量份数配比包括如下：石墨100份、邻苯二甲酸二酯8份、甲基异丁基甲酮30份、亚磷酸三壬基苯酯4份、SEBS1份、麻纤维15份、硬脂酸钙0.3份、聚偏氟乙烯15份、氧化锌3份、钛白粉1份、PVC...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，夏英，
申请(专利权)人：苏州牛麦田新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32