一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法技术

一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，涉及一种制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法。本发明专利技术为了解决现有纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法不易制成复杂形状构件、制备工艺复杂、成本高、电导率低的问题。本发明专利技术：一、制备打印墨水；二、3D打印；三、固化；四、热处理。本发明专利技术中使用了具有大尺寸的大片径的氧化石墨烯溶液，并且氧化石墨烯的浓度范围更加宽泛，在打印墨水的制备过程中，本发明专利技术中并未添加去离子水来改善墨水的流变性，样品打印成功后，使用塑料培养皿密封来防止水分挥发，这与样品置于完全开放的空间内挥发水分是完全不同的。

Method for preparing conductive calcium carbide graphene / inorganic polymer composite material by using 3D printing technology

The invention relates to a method for preparing a calcium carbide ink / inorganic polymer composite material using 3D printing technology, relating to a method for preparing a calcium carbide ink / inorganic polymer composite material. In order to solve the problem that the preparation method of the existing fiber reinforced ceramic matrix composite material is difficult to be made into complicated shape components, the preparation process is complicated, the cost is high, and the conductivity is low. The invention comprises the following steps: 1. Preparing printing ink; two and 3D printing; three, curing; four, heat treatment. The graphene oxide solution with large size size used in the present invention, and the concentration range of graphene oxide more broadly, in the printing ink in the preparation process, the invention does not add deionized water to improve the rheological property of ink, print samples after the success of the dish with a plastic seal to prevent water evaporation this culture, completely open and volatile water samples were placed in the space is completely different.

【技术实现步骤摘要】
一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法
本专利技术涉及一种制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法。
技术介绍
纤维增强陶瓷基复合材料因其优异的性能得到广泛的应用，但其制备工艺复杂、成本高、难以制备成复杂结构。与此同时，3D打印可以自动、快速、直接和比较精确地将计算机中的三维设计转化为实物模型，甚至直接制造零件或模具，具有节省材料、高精度、高复杂程度，产品研发周期短等优势。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有纤维增强陶瓷基复合材料的制备方法不易制成复杂形状构件、制备工艺复杂、成本高、电导率低的问题，而提供一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法。本专利技术的一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法是按照以下步骤进行：一、将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液在0℃的条件下混合并机械搅拌20min～30min，得到打印墨水；所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5wt％～4wt％；所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与连续纤维增强无机聚合物基复合材料的质量比为1:(26～250)；所述的氧化石墨烯溶液的制备方法如下:①、将100g石墨片、540mL的浓硫酸和70mL的硝酸均匀混合后以200r/min的速度在室温下搅拌24h，用去离子水抽滤洗涤三次，取固体，然后在温度为60℃的条件下干燥24h，得到石墨层间化合物；所述的硝酸的质量浓度为69％；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的石墨片为50目石墨片；所述的石墨片为50目石墨片；②、将石墨层间化合物在温度为1050℃的条件下保温15s，得到膨胀石墨；③、将1g的膨胀石墨、200mL的浓硫酸和10g的高锰酸钾在三颈烧瓶中常温混合均匀，然后缓慢加入250mL的双氧水溶液，待溶液由黄绿色变为亮黄色后继续搅拌30min，用盐酸水溶液抽滤洗涤3遍，得固体，将固体放入透析袋中密封；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的双氧水溶液的浓度是7.5％；所述的盐酸水溶液的质量浓度围为9.5％～10.5％；④、将步骤③中的透析袋放置在去离子水中静置5天～7天，测量去离子水的pH值；⑤若步骤④测量的pH不是5～6，则更换去离子水，重复步骤④至测量的去离子水pH为5～6，即在透析袋中得到氧化石墨烯溶液；二、3D打印：使用3D打印机将步骤二得到的打印墨水打印出3维构件；三、固化：将步骤三得到的3维构件放在培养皿中密封，然后在温度为15℃～20℃的条件下固化12h～24h；四、热处理：将步骤三固化后的构件从培养皿中取出，然后在惰性气体保护下进行高温处理，高温处理的温度为550℃～1000℃，高温处理的时间为30min～100min，即得到导电石墨烯/无机聚合物复合材料。本专利技术的制备工艺简单、成本低、能够制作复杂形状构件，耐热性能好，电导率高。本专利技术中使用了具有大尺寸的大片径的氧化石墨烯溶液，并且氧化石墨烯的浓度范围更加宽泛，在打印墨水的制备过程中，本专利技术中并未添加去离子水来改善墨水的流变性，样品打印成功后，使用塑料培养皿密封来防止水分挥发，这与样品置于完全开放的空间内挥发水分是完全不同的。本专利技术制备的导电石墨烯/无机聚合物复合材料具有良好的力学性能。本申请步骤一中制备的氧化石墨烯片层的粒径为10μm～100μm，厚度为2.7nm。本申请步骤一中将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液混合，未添加去离子水，能使得氧化石墨烯在连续纤维增强无机聚合物基复合材料中分散更好，最终成型的材料会具有更加优异的电学性能。本申请步骤三中在培养皿中密封固化防止水分的挥发，水分的挥发会导致样品外表面部分含水量降低，导致其固化不完全，从而导致样品固化程度不一致，影响样品力学性能；经过测试步骤三中固化后的构件强度为100Mpa～200Mpa。本申请步骤一②中膨胀石墨的厚度为5nm～100nm。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式为一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，具体是按照以下步骤进行：一、将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液在0℃的条件下混合并机械搅拌20min～30min，得到打印墨水；所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5wt％～4wt％；所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与连续纤维增强无机聚合物基复合材料的质量比为1:(26～250)；所述的氧化石墨烯溶液的制备方法如下:①、将100g石墨片、540mL的浓硫酸和70mL的硝酸均匀混合后以200r/min的速度在室温下搅拌24h，用去离子水抽滤洗涤三次，取固体，然后在温度为60℃的条件下干燥24h，得到石墨层间化合物；所述的硝酸的质量浓度为69％；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的石墨片为50目石墨片；所述的石墨片为50目石墨片；②、将石墨层间化合物在温度为1050℃的条件下保温15s，得到膨胀石墨；③、将1g的膨胀石墨、200mL的浓硫酸和10g的高锰酸钾在三颈烧瓶中常温混合均匀，然后缓慢加入250mL的双氧水溶液，待溶液由黄绿色变为亮黄色后继续搅拌30min，用盐酸水溶液抽滤洗涤3遍，得固体，将固体放入透析袋中密封；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的双氧水溶液的浓度是7.5％；所述的盐酸水溶液的质量浓度围为9.5％～10.5％；④、将步骤③中的透析袋放置在去离子水中静置5天～7天，测量去离子水的pH值；⑤若步骤④测量的pH不是5～6，则更换去离子水，重复步骤④至测量的去离子水pH为5～6，即在透析袋中得到氧化石墨烯溶液；二、3D打印：使用3D打印机将步骤二得到的打印墨水打印出3维构件；三、固化：将步骤三得到的3维构件放在培养皿中密封，然后在温度为15℃～20℃的条件下固化12h～24h；四、热处理：将步骤三固化后的构件从培养皿中取出，然后在惰性气体保护下进行高温处理，高温处理的温度为550℃～1000℃，高温处理的时间为30min～100min，即得到导电石墨烯/无机聚合物复合材料。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备方法如下：1)、高岭土在700～800℃条件下煅烧1.5～2.5h得到偏高岭土；2)、偏高岭土与质量浓度为46～62％的硅酸盐溶液按照重量比为1：1.5～5.5的比例混合制得无机聚合物基体，然后向无机聚合物基体中加入陶瓷颗粒混合得到无机聚合物配合料，其中无机聚合物基体与陶瓷颗粒重量比为1：0.1～1；所述硅酸盐溶液中的硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠或硅酸铯；所述的陶瓷颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化锆、硼化锆、莫来石、碳化硅或氮化硅，且陶瓷颗粒的直径为0.5mm～5mm；3)、将连续纤维单向织物加入到无机聚合物配合料中超声振荡5～12min，超声振荡的频率为15～50KHz，即制得预浸料；所述的连续纤维为碳纤维、碳化硅纤维、钢纤维或氧化铝纤维；4)、将步骤三预浸料铺设在模具中，在50～90℃条件下固化20～120min；5)、将步骤四产物在真空或者惰性气体保护下进行高温处理，处理温度为800～1300℃，处理时间为30～120min，即得到连续纤维增强无机聚合物基复合材料。其它与具体实施方式一相同。具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法是按照以下步骤进行：一、将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液在0℃的条件下混合并机械搅拌20min～30min，得到打印墨水；所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5wt％～4wt％；所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与连续纤维增强无机聚合物基复合材料的质量比为1:(26～250)；所述的氧化石墨烯溶液的制备方法如下:①、将100g石墨片、540mL的浓硫酸和70mL的硝酸均匀混合后以200r/min的速度在室温下搅拌24h，用去离子水抽滤洗涤三次，取固体，然后在温度为60℃的条件下干燥24h，得到石墨层间化合物；所述的硝酸的质量浓度为69％；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的石墨片为50目石墨片；所述的石墨片为50目石墨片；②、将石墨层间化合物在温度为1050℃的条件下保温15s，得到膨胀石墨；③、将1g的膨胀石墨、200mL的浓硫酸和10g的高锰酸钾在三颈烧瓶中常温混合均匀，然后缓慢加入250mL的双氧水溶液，待溶液由黄绿色变为亮黄色后继续搅拌30min，用盐酸水溶液抽滤洗涤3遍，得固体，将固体放入透析袋中密封；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的双氧水溶液的浓度是7.5％；所述的盐酸水溶液的质量浓度围为9.5％～10.5％；④、将步骤③中的透析袋放置在去离子水中静置5天～7天，测量去离子水的pH值；⑤若步骤④测量的pH不是5～6，则更换去离子水，重复步骤④至测量的去离子水pH为5～6，即在透析袋中得到氧化石墨烯溶液；二、3D打印：使用3D打印机将步骤二得到的打印墨水打印出3维构件；三、固化：将步骤三得到的3维构件放在培养皿中密封，然后在温度为15℃～20℃的条件下固化12h～24h；四、热处理：将步骤三固化后的构件从培养皿中取出，然后在惰性气体保护下进行高温处理，高温处理的温度为550℃～1000℃，高温处理的时间为30min～100min，即得到导电石墨烯/无机聚合物复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法是按照以下步骤进行：一、将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液在0℃的条件下混合并机械搅拌20min～30min，得到打印墨水；所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5wt％～4wt％；所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与连续纤维增强无机聚合物基复合材料的质量比为1:(26～250)；所述的氧化石墨烯溶液的制备方法如下:①、将100g石墨片、540mL的浓硫酸和70mL的硝酸均匀混合后以200r/min的速度在室温下搅拌24h，用去离子水抽滤洗涤三次，取固体，然后在温度为60℃的条件下干燥24h，得到石墨层间化合物；所述的硝酸的质量浓度为69％；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的石墨片为50目石墨片；所述的石墨片为50目石墨片；②、将石墨层间化合物在温度为1050℃的条件下保温15s，得到膨胀石墨；③、将1g的膨胀石墨、200mL的浓硫酸和10g的高锰酸钾在三颈烧瓶中常温混合均匀，然后缓慢加入250mL的双氧水溶液，待溶液由黄绿色变为亮黄色后继续搅拌30min，用盐酸水溶液抽滤洗涤3遍，得固体，将固体放入透析袋中密封；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的双氧水溶液的浓度是7.5％；所述的盐酸水溶液的质量浓度围为9.5％～10.5％；④、将步骤③中的透析袋放置在去离子水中静置5天～7天，测量去离子水的pH值；⑤若步骤④测量的pH不是5～6，则更换去离子水，重复步骤④至测量的去离子水pH为5～6，即在透析袋中得到氧化石墨烯溶液；二、3D打印：使用3D打印机将步骤二得到的打印墨水打印出3维构件；三、固化：将步骤三得到的3维构件放在培养皿中密封，然后在温度为15℃～20℃的条件下固化12h～24h；四、热处理：将步骤三固化后的构件从培养皿中取出，然后在惰性气体保护下进行高温处理，高温处理的温度为550℃～1000℃，高温处理的时间为30min～100min，即得到导电石墨烯/无机聚合物复合材料。2.根据权利要求1所述的一种使用3D打印...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾德昌，钟晶，周国相，杨治华，何培刚，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23