一种高导热石墨烯材料的制备方法技术

一种高导热石墨烯材料的制备方法，原料为：石墨、碳纤维、纳米高岭土、碳酸镁、硫酸铜、尿素、锆英砂、膨润土、氢氧化铝、PMI、三碱式硫酸铅、碳酸钙、有机蒙脱土、碳化硅和抗氧剂，混合均匀、塑化造粒后煅烧即得；原料来源广泛，力学性能好，成本低廉，邵氏硬度90‑110；各个组分之间具有协同作用，抗腐蚀，断裂伸长率高达130‑170%，拉伸强度90‑110MPa；压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，离火自熄，吸水性小，氧指数40‑60%；不依赖大型设备，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度120‑160J/m，使用方便，导热性好，工艺简单，可以广泛使用。

Preparation method of high thermal conductivity graphene material

The preparation method of high thermal conductivity graphene material is as follows: graphite, carbon fiber, nano-kaolin, magnesium carbonate, copper sulfate, urea, zircon sand, bentonite, aluminium hydroxide, PMI, tribasic lead sulfate, calcium carbonate, organic montmorillonite, silicon carbide and antioxidant, which are mixed evenly and calcined after plasticizing and granulating. The raw materials have a wide range of sources, good mechanical properties, low cost, Shaw hardness 90 110; synergistic effect among the various components, corrosion resistance, elongation at break as high as 130 170%, tensile strength 90 110 MPa; good compression permanent deformation, high energy density, good conductivity, self-extinguishing from fire, low water absorption, oxygen index 40 60%; It does not depend on large-scale equipment, high efficiency and energy saving, can be prepared accurately, and each component has synergistic effect. The impact strength of the cantilever beam is 120_160J/m. It is easy to use, good thermal conductivity, simple process and can be widely used.

【技术实现步骤摘要】
一种高导热石墨烯材料的制备方法
本专利技术涉及石墨烯材料，尤其涉及一种高导热石墨烯材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯的研究与应用开发持续升温，石墨和石墨烯有关的材料广泛应用在电池电极材料、半导体器件、透明显示屏、传感器、电容器、晶体管等方面。鉴于石墨烯材料优异的性能及其潜在的应用价值，在化学、材料、物理、生物、环境、能源等众多学科领域已取得了一系列重要进展。研究者们致力于在不同领域尝试不同方法以求制备高质量、大面积石墨烯材料。并通过对石墨烯制备工艺的不断优化和改进，降低石墨烯制备成本使其优异的材料性能得到更广泛的应用，并逐步走向产业化。中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的石墨，在我国储能丰富，价格低廉。正是看到了石墨烯的应用前景，许多国家纷纷建立石墨烯相关技术研发中心，尝试使用石墨烯商业化，进而在工业、技术和电子相关领域获得潜在的应用专利。如欧盟委员会将石墨烯作为“未来新兴旗舰技术项目”，设立专项研发计划，未来10年内拨出10亿欧元经费。英国政府也投资建立国家石墨烯研究所（NGI），力图使这种材料在未来几十年里可以从实验室进入生产线和市场。石墨烷（graphane）：可通过石墨烯与氢气反应得到，是一种饱和的碳氢化合物，具有分子式（CH）n，其中所有的碳是sp3杂化并形成六角网络结构，氢原子以交替形式从石墨烯平面的两端与碳成键，石墨烷表现出半导体性质，具有直接带隙。氮掺杂石墨烯或氮化碳（carbonnitride）：在石墨烯晶格中引入氮原子后变成氮掺杂的石墨烯，生成的氮掺杂石墨烯表现出较纯石墨烯更多优异的性能，呈无序、透明、褶皱的薄纱状，部分薄片层叠在一起，形成多层结构，显示出较高的比电容和良好的循环寿命。生物相容性：羧基离子的植入可使石墨烯材料表面具有活性功能团，从而大幅度提高材料的细胞和生物反应活性。石墨烯呈薄纱状与碳纳米管的管状相比，更适合于生物材料方面的研究。并且石墨烯的边缘与碳纳米管相比，更长，更易于被掺杂以及化学改性，更易于接受功能团。氧化性：可与活泼金属反应。还原性：可在空气中或是被氧化性酸氧化，通过该方法可以将石墨烯裁成小碎片。石墨烯氧化物是通过石墨氧化得到的层状材料，经加热或在水中超声剥离过程很容易形成分离的石墨烯氧化物片层结构。加成反应：利用石墨烯上的双键，可以通过加成反应，加入需要的基团。稳定性：石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbonbond）仅为1.42。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。同时，石墨烯有芳香性，具有芳烃的性质。
技术实现思路
本专利技术提供一种高导热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：一种高导热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、碳纤维3-7份、纳米高岭土15-25份、碳酸镁4.5-8.5份、硫酸铜25-65份、尿素2.5-4.5份、锆英砂6-10份、膨润土15-35份、氢氧化铝10-16份、PMI10-14份、三碱式硫酸铅5-9份、碳酸钙30-50份、有机蒙脱土5-25份、碳化硅60-80份、抗氧剂2-6份；第二步：将石墨、膨润土和三碱式硫酸铅投入研磨机中研磨45-65min，过250-350目筛后投入烘箱中干燥20-30min，再与碳纤维、纳米高岭土、碳酸镁和尿素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65-75℃，搅拌35-75min，搅拌速度140-180r/min；第三步：加入锆英砂、PMI、碳酸钙和有机蒙脱土，升温至85-95℃，恒温反应60-70min，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，250-350℃下混合65-85min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后静置冷却即得。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、碳纤维3份、纳米高岭土15份、碳酸镁4.5份、硫酸铜25份、尿素2.5份、锆英砂6份、膨润土15份、氢氧化铝10份、PMI10份、三碱式硫酸铅5份、碳酸钙30份、有机蒙脱土5份、碳化硅60份、抗氧剂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、碳纤维7份、纳米高岭土25份、碳酸镁8.5份、硫酸铜65份、尿素4.5份、锆英砂10份、膨润土35份、氢氧化铝16份、PMI14份、三碱式硫酸铅9份、碳酸钙50份、有机蒙脱土25份、碳化硅80份、抗氧剂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、碳纤维5份、纳米高岭土20份、碳酸镁6.5份、硫酸铜45份、尿素3.5份、锆英砂8份、膨润土25份、氢氧化铝13份、PMI12份、三碱式硫酸铅7份、碳酸钙40份、有机蒙脱土15份、碳化硅70份、抗氧剂4份。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述抗氧剂采用抗氧剂DNP。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85-95℃。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2000-3000r/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550-650℃，保温3-7h，再升温至850-1050℃，煅烧1-3h。本专利技术所述一种高导热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，力学性能好，成本低廉，邵氏硬度90-110；2、各个组分之间具有协同作用，抗腐蚀，断裂伸长率高达130-170%，拉伸强度90-110MPa；3、压缩永久变形性好，能量密度高，导电性好，离火自熄，吸水性小，氧指数40-60%；4、不依赖大型设备，高效节能，可以精确制备，各个组分之间产生协同作用，悬臂梁冲击强度120-160J/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、碳纤维3份、纳米高岭土15份、碳酸镁4.5份、硫酸铜25份、尿素2.5份、锆英砂6份、膨润土15份、氢氧化铝10份、PMI10份、三碱式硫酸铅5份、碳酸钙30份、有机蒙脱土5份、碳化硅60份、抗氧剂DNP2份。第二步：将石墨、膨润土和三碱式硫酸铅投入研磨机中研磨45min，过250目筛后投入烘箱中干燥20min，烘箱烘干温度为85℃，再与碳纤维、纳米高岭土、碳酸镁和尿素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65℃，搅拌35min，搅拌速度140r/min。第三步：加入锆英砂、PMI、碳酸钙和有机蒙脱土，升温至85℃，恒温反应60min，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，250℃下混合65min后投入管式炉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高导热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、碳纤维3‑7份、纳米高岭土15‑25份、碳酸镁4.5‑8.5份、硫酸铜25‑65份、尿素2.5‑4.5份、锆英砂6‑10份、膨润土15‑35份、氢氧化铝10‑16份、PMI10‑14份、三碱式硫酸铅5‑9份、碳酸钙30‑50份、有机蒙脱土5‑25份、碳化硅60‑80份、抗氧剂2‑6份；第二步：将石墨、膨润土和三碱式硫酸铅投入研磨机中研磨45‑65min，过250‑350目筛后投入烘箱中干燥20‑30min，再与碳纤维、纳米高岭土、碳酸镁和尿素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65‑75℃，搅拌35‑75min，搅拌速度140‑180 r/min；第三步：加入锆英砂、PMI、碳酸钙和有机蒙脱土，升温至85‑95℃，恒温反应60‑70min，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，250‑350℃下混合65‑85min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后静置冷却即得。

【技术特征摘要】
1.一种高导热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、碳纤维3-7份、纳米高岭土15-25份、碳酸镁4.5-8.5份、硫酸铜25-65份、尿素2.5-4.5份、锆英砂6-10份、膨润土15-35份、氢氧化铝10-16份、PMI10-14份、三碱式硫酸铅5-9份、碳酸钙30-50份、有机蒙脱土5-25份、碳化硅60-80份、抗氧剂2-6份；第二步：将石墨、膨润土和三碱式硫酸铅投入研磨机中研磨45-65min，过250-350目筛后投入烘箱中干燥20-30min，再与碳纤维、纳米高岭土、碳酸镁和尿素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65-75℃，搅拌35-75min，搅拌速度140-180r/min；第三步：加入锆英砂、PMI、碳酸钙和有机蒙脱土，升温至85-95℃，恒温反应60-70min，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，250-350℃下混合65-85min后投入管式炉中在氮气保护下煅烧，煅烧后静置冷却即得。2.根据权利要求1所述的高导热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、碳纤维3份、纳米高岭土15份、碳酸镁4.5份、硫酸铜25份、尿素2.5份、锆英砂6份、膨润土15份、氢氧化铝10份、PMI10份、三碱式硫酸铅5...

【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