一种玻璃复合纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种玻璃复合纤维的制备方法，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的玻璃纤维表面形成核为玻璃纤维壳为石墨烯衍生物层的复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区域并使得其表面石墨烯衍生物层以设定时间被微波短暂加热处理转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，最后复合纤维通过挤压处理即可获得石墨烯层包覆的玻璃复合纤维。本发明专利技术首次利用复合纤维以设定速度通过微波加热区从而精确控制其加热时间及冷却时机，抑制因微波加热不同区域存在差异而引入的加热不均匀性且易于实现机械化连续生产。

Method for preparing glass composite fiber

The invention discloses a method for preparing a composite glass fiber, first prepared graphene derivatives in solution, and then the graphene derivatives solution coating for glass fiber to form the nuclear shell composite fiber graphene derivative layer on the surface of glass fibers are selected, then the setting in the atmosphere to set speed through the microwave heating area and the surface of the graphene layer to set the time derivatives by microwave transient heating treatment into graphene layer composite fiber composite fiber, then leave the microwave heating zone and is cooled by the extrusion processing of final composite fiber glass composite fiber can be obtained graphene coated. The invention uses composite fiber to set the speed through the microwave heating region so as to precisely control the heating time and cooling time for the first time, heating suppressed by microwave heating in different regions are different and the uneven and easy to realize mechanization continuous production.

【技术实现步骤摘要】
一种玻璃复合纤维的制备方法
本专利技术属于材料领域，涉及一种玻璃复合纤维特别是通过以设定速度让复合纤维通过微波加热区从而精确控制加热时间、冷却时机并避免静态加热微波炉不同区域加热不均匀的情况下微波加热处理玻璃纤维表面涂布的石墨烯衍生物层而获得核为玻璃纤维壳为石墨烯层的玻璃复合纤维的方法。
技术介绍
随着社会的发展，玻璃纤维由于拥有良好的机械性能、化学性能等众多优点而机械增强领域获得广泛应用。然而玻璃纤维本身的包括部分种类还存在稳定性有待改进、机械性能还有待提高等一些问题的存在限制了其进一步的推广应用。因此玻璃纤维的包覆修饰受到人们的高度关注。而另外一方面，石墨烯作为一种二维导电材料，其优异的力学性质(杨氏模量高达1.0TPa)、电学性质(电子迁移率高达106cm2.v-1s-1)、热学性质(热导系数高达5000w.m-1.k-1)、光学性质(单层石墨烯的可见光吸收仅有2.3％和优异的锁模特性)，超大的理论比表面积(2630m2.g-1)不仅使得其在玻璃表面修饰领域能够有效发挥玻璃和石墨烯的优越性能，而且其片层结构也使得其包覆效果良好，因此成为目前玻璃纤维表面修饰的重点研究领域。目前人们开发了包括在石英表面直接化学气相沉积包覆、氧化石墨烯溶液涂布等方法对玻璃纤维进行表面修饰，但是这些修饰方法存在的化学气相沉积不但需要高温、成本昂贵、费时及适用种类有限，的问题，静电粉末喷涂由于石墨烯粉末团聚而难以使得石墨烯平面铺展均匀包覆材料的问题，而单纯氧化石墨烯溶液涂布则存在氧化石墨烯性能远低于石墨烯性能和化学还原存在环境污染并且可能损伤玻璃纤维本身及高温还原能耗大、周期长等问题，因此目前人们仍然期待出现新的包覆技术使得石墨烯包覆复合玻璃纤维能够更好地服务社会。为此本申请首次提出在玻璃纤维上首先通过石墨烯衍生物溶液涂布形成石墨烯衍生物层包覆的玻璃复合纤维，然后在非氧化气氛条件下玻璃复合纤维以设定速度通过一定尺寸的微波加热区进行设定时间的微波处理，利用石墨烯衍生物中石墨烯微区的微波吸收能力使得石墨烯衍生物层由于微波作用而快速升温并将石墨烯衍生物层转化为石墨烯层。由于溶液涂布的石墨烯衍生物层以石墨烯基面铺展的形态层层包覆在玻璃纤维上，而此时微波高温处理获得的石墨烯层还由于不同石墨烯片层间π电子云之间的相互作用而可以保持较好的导电、导热、机械及封闭性能。另一方面，复合纤维以设定速度运动通过微波加热区不仅可以精确控制复合纤维的加热时间，如一般微波炉加热时间设定有30秒为单位的多个档次，但是实验表明在保护气氛下加热一个整档就可能发生由于升温过快而导致涂布的石墨烯衍生物层散乱甚至脱落，即使精密微波炉可以设定微波脉冲长度，但也难以设定可能最优的加热时间如1.2秒，而复合纤维以设定速度通过微波加热区则可以根据微波加热区尺寸轻松获得精确的最佳加热时间。复合纤维以设定速度通过微波加热区还可以避免微波加热区不同区域加热效果不同带来的加热不均。事实上，将复合纤维放置在微波炉中加热一段时间，取出后可以明显感觉到放置在不同加热区域的复合纤维加热效果不一样，这与微波炉中加热电场的均匀性有关，虽然可以通过设计如曲面天线结构等方式提高微波炉加热均匀性，但其效果提升也存在很多限制。而复合纤维以设定速度通过整个微波加热区则由于所有复合纤维均通过整个加热区而获得一致的加热效果。当然复合纤维以设定速度通过整个微波加热区还可以精确控制其冷却时机，从而有助于高温处理复合纤维的质量控制。而本专利技术的复合纤维以设定速度通过整个微波加热区的方法还与纤维加工的工艺兼容，因此有助于玻璃复合纤维的批量生产。此外，微波选择性地加热(通常以秒计)需要热处理的石墨烯衍生物层，不仅可以避免其它升温加热(通常以小时计)的费时、高能耗、传热效率低等问题，而且利用石墨烯具有良好的导热能力使得表面包覆有石墨烯层的玻璃纤维在离开微波加热区即可以快速冷却，因此大大缩短加工时间，所以本专利技术制备石墨烯层包覆玻璃复合纤维的方法不仅能够获得表面具有良好性能的石墨烯层，而且由于使用即开即加热且加热具有选择性的微波加热技术而能够避免常规加热需要传热而带来的高能耗并缩短加工时间，因此有助于石墨烯包覆玻璃复合纤维的进一步研发及推广应用。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种玻璃复合纤维的制备方法，该方法不但可以避免目前存在的化学气相沉淀能耗高、传热效率低、适用种类受限及氧化石墨烯溶液涂布性能受限、化学还原环境污染等问题，可以方便、快捷、环保地制备石墨烯层包覆的玻璃复合纤维，因此有助于玻璃复合纤维的进一步发展与应用。技术方案：本专利技术是一种玻璃复合纤维的制备方法，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的玻璃纤维表面形成核为玻璃纤维壳为石墨烯衍生物层的复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其壳层的石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理而转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，最后复合纤维通过挤压处理即可获得石墨烯层包覆的玻璃复合纤维。其中：所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态。所述惰性气氛是指气体不与石墨烯衍生物反应的气体；所述还原性气氛是指气体中含有能够还原石墨烯衍生物的气体；所述真空状态是指气压小于4KPa，相对真空度小于-20KPa。所述石墨烯层包覆的玻璃复合纤维中石墨烯层中碳含量大于90％。所述复合纤维离开微波加热区并被冷却，是指通过冷的气氛或者额外施加冷的气流或者液体流而冷却。所述石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理以转化为石墨烯层，是指微波高温处理使得氧化的石墨烯被还原而转化为石墨烯，而石墨烯边缘衍生物则发生脱边缘官能团而转化为石墨烯。所述复合纤维以设定速度通过微波加热区根据微波加热区尺寸控制加热时间。所述在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其壳层的石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理而转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，然后复合纤维通过挤压处理，该过程重复多次即可以多次微波高温处理石墨烯衍生物。所述将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的玻璃纤维表面形成核为玻璃纤维壳为石墨烯衍生物层的复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其壳层的石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理而转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，最后复合纤维通过挤压处理，该过程重复多次即可以进行多次石墨烯衍生物的涂布-微波高温处理-冷却-挤压过程，以获取增厚的石墨烯层。所述涂布包括浸涂、喷涂、刷涂、泡沫涂布、层层组装涂布、接触涂布。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术首次利用复合纤维以设定速度通过微波加热区从而精确控制其加热时间及冷却时机，抑制因微波加热不同区域存在差异而引入的加热不均匀性且易于实现机械化连续生产，同时将能够快速加热的微波技术与石墨烯衍生物具微波吸收特性结合，再结合石墨烯高的导热能力及玻璃纤维表面包括石墨烯衍生物及石墨烯在内的石墨烯基材料层的热量易于被快速交换转移的特性，使得玻璃纤维表面涂布的石墨烯衍生物能够快速、低能耗地转化为石墨烯而获本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的玻璃纤维表面形成核为玻璃纤维壳为石墨烯衍生物层的复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其壳层的石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理而转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，最后复合纤维通过挤压处理即可获得石墨烯层包覆的玻璃复合纤维。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于，首先配制石墨烯衍生物溶液，然后将石墨烯衍生物溶液涂布在选定的玻璃纤维表面形成核为玻璃纤维壳为石墨烯衍生物层的复合纤维，随后在设定气氛下使得复合纤维以设定速度运动通过微波加热区并使得其壳层的石墨烯衍生物层被微波进行设定时间的加热处理而转化为石墨烯层，随后复合纤维离开微波加热区并被冷却，最后复合纤维通过挤压处理即可获得石墨烯层包覆的玻璃复合纤维。2.根据权利要求1所述的一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯衍生物是指石墨烯的氧化物，包括氧化石墨烯和还原的氧化石墨烯及石墨烯边缘衍生物。3.根据权利要求1所述的一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于所述设定气氛是指惰性气氛、还原性气氛或者真空状态。4.根据权利要求1所述的一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于所述惰性气氛是指气体不与石墨烯衍生物反应的气体；所述还原性气氛是指气体中含有能够还原石墨烯衍生物的气体；所述真空状态是指气压小于4KPa，相对真空度小于-20KPa。5.根据权利要求1所述的一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于所述石墨烯层包覆的玻璃复合纤维中石墨烯层中碳含量大于90％。6.根据权利要求2所述的一种玻璃复合纤维的制备方法，其特征在于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张继中，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32