一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料及其制备方法，所述剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料包括石墨烯海绵和剪切增稠液，所述剪切增稠液渗透到石墨烯海绵的内部，所述剪切增稠液的成分包括SiO

A kind of composite graphene sponge protective material for shear thickener and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料及其制备方法
本专利技术属于材料
，尤其涉及一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料及其制备方法。
技术介绍
随着科技的进步，人们对于柔性可穿戴材料的重视程度不断提高。目前，个体防护材料在军用以及民用中都充当了举足轻重的角色。防护服的应用增强了士兵的生存能力，减少了伤亡，对于提升军队战斗能力以及作战效率是十分重要的。在生活中，轻便灵活的防护服给予了人们安全的保障，从而进行可以安全地进行较为危险的工作。但是，传统的防护服体积大，灵活性差，仅仅可以对如躯体以及四肢部分进行保护，而具有一定复杂形状如关节、膝盖等部位则达不到保护的目的。然而，人们对于防护材料的性能要求不仅仅是可以提供良好的保护，更重要的是增强其灵活性以及舒适性。综上所述，现有防护材料在防护性能和灵活性的兼备上仍存在很大的提升空间，制备一种柔性可穿戴的防护材料仍然面临巨大的挑战。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料及其制备方法，得到的防护材料具有很好的柔性和防护性能，解决了目前传统防护材料防护性能和灵活性难以兼顾的矛盾。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料，其包括石墨烯海绵和剪切增稠液，所述剪切增稠液渗透到石墨烯海绵的内部；所述剪切增稠液的成分包括SiO2。液体是流动的，可以在物体自由表面摊开，根据物体表面形貌而改变自己的形状。受液体流动性的启发，近年来的学者们对于具有良好流动性，且粘度可以随剪切速率以及剪切应力改变的非牛顿流体进行了深入的研究。剪切增稠流体是一种典型的非牛顿流体，由分散介质和分散相粒子组成，流体经常呈现浓缩的胶质悬浮液状，剪切应力和剪切速率的突增下，流体粘度发生巨大增加，有时为非连续的，并且在剪切应力和剪切速率减小时恢复原始的粘度，具有可逆性。因此，剪切增稠液是柔性可穿戴材料填料的良好候选材料。石墨烯海绵是一种新型的纳米碳结构，它是由纳米尺度的石墨烯层片搭接而成的宏观体碳骨架，它具有密度小、分散性好等优点，它被广泛的应用在聚合物、陶瓷材料的增强，增韧领域。石墨烯海绵与基体之间形成多种相互作用力，加强了界面的结合，增强了复合材料的结构稳定性，从而使力能够在复合材料中均匀的传递，从而提高复合材料整体的力学性能。通过将液相的剪切增稠流体与石墨烯海绵进行复合，使两者发生协同作用，冲锋利用了两者的优点，并解决了各自的缺点，解决了目前传统防护材料防护性能和灵活性难以兼顾的矛盾。作为本专利技术的进一步改进，所述剪切增稠液为SiO2的剪切增稠液。作为本专利技术的进一步改进，所述剪切增稠液包括SiO2和溶剂，所述SiO2的质量分数为20~40%。本专利技术还公开了一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤S1，制备剪切增稠液，在剪切增稠液加入溶剂进行稀释，分散后得到剪切增稠稀释液；步骤S2，制备氧化石墨烯海绵，还原得到石墨烯海绵；步骤S3，将剪切增稠稀释液与石墨烯海绵混合，使剪切增稠流体充分进入石墨烯海绵的内部，得到充满剪切增稠液的石墨烯海绵，然后将其真空干燥，得到剪切增稠液复合石墨烯海绵。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，剪切增稠液包括SiO2、分散介质和溶剂，所述SiO2的质量分数为20~40%。进一步的，所述分散介质为聚乙二醇，所述溶剂为乙醇。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1包括：将SiO2干燥，在聚乙二醇中加入乙醇溶剂，得到聚乙二醇/酒精混合液，将SiO2分次加入聚乙二醇/酒精混合液中进行搅拌，得到剪切增稠液。进一步的，所述SiO2干燥的温度为80~100℃，时间为8~16h；搅拌的转速为500~3000r/min。进一步的，所述SiO2干燥的温度为90℃，时间为12h。作为本专利技术的进一步改进，步骤S1中，在稀释之前，还包括对剪切增稠液进行干燥提纯。作为本专利技术的进一步改进，所述干燥提纯包括：先在50~70℃烘干10~14h，然后在80~100℃下干燥至恒重。进一步的，先在60℃烘干12h，然后在90℃下干燥至恒重。作为本专利技术的进一步改进，对剪切增稠液进行干燥提纯后，加入乙醇作为溶剂进行稀释时，乙醇与剪切增稠液的质量比为1:1~3。进一步的，乙醇与剪切增稠液的质量比优选为1:2。进一步的，步骤S1中，采用超声波进行分散，所述超声波的频率为10~100KHz，时间为1~12h。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2包括：采用液氮为冷源对氧化石墨烯分散液进行冷冻，采用冷冻干燥法干燥冷冻的氧化石墨烯溶液，得到氧化石墨烯海绵宏观体。进一步的，采用水合肼为还原剂对氧化石墨烯海绵进行还原，得到石墨烯海绵。作为本专利技术的进一步改进，所述氧化石墨烯分散液的浓度为5~10mg/ml；所述干燥冷冻的时间为0.5~2周。进一步的，所述干燥冷冻的时间为1周。作为本专利技术的进一步改进，采用水合肼为还原剂对氧化石墨烯海绵进行还原时，每100cm3氧化石墨烯海绵中加入15~35ml水合肼后进行密封，还原的温度为80~100℃，还原时间为16~30h。进一步的，还原的温度为90℃，还原时间为24h。作为本专利技术的进一步改进，将剪切增稠稀释液与石墨烯海绵混合后抽真空，使剪切增稠流体充分进入石墨烯海绵的内部；其中，所述抽真空的真空度为-0.3~-0.1MPa，抽真空过程中反复进行抽气/放气步骤，直到没有气泡从海绵中冒出；所述真空干燥的温度为50~70℃，时间为10~14h。进一步的，所述所述真空干燥的温度为60℃，时间为12h。进一步的，所述剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法包括一下步骤：步骤一、剪切增稠液的制备：采用机械搅拌法进行剪切增稠液的制备，取聚乙二醇作为分散介质，干燥后的SiO2粉末作为分散相制备剪切增稠液，加入溶剂乙醇的目的是降低体系的粘度，使分散介质与分散相均匀混合，减少SiO2纳米粒子间的团聚；具体步骤如下：将SiO2粉末进行干燥，除去水分，密封保存备用；取50g不同分子量的聚乙二醇，加入10~30g乙醇溶剂降低其黏度；将12.5~33gSiO2粉末分次（10次）加入聚乙二醇/酒精混合液中进行机械搅拌，得到SiO2质量分数为20~40%的剪切增稠液，其中：所述SiO2粉末的干燥温度为90℃，时间为12h；机械搅拌的转速为500~3000r/min，优选1500r/min，根据混合液的粘度可灵活调整，每次的搅拌时间不少于5min；步骤二、剪切增稠液的提纯：为了精准控制剪切增稠流体中SiO2的含量，需要对剪切增稠流体进行提纯，具体方法为：将剪切增稠液放入烘箱中进行分步干燥，先在60℃烘干12h，然后在90℃干燥至恒重；步骤三、剪切增稠液的稀释与均匀化：剪切增稠液中SiO2含量过高时，液体的流动性较差，使用前将剪切增稠液按一定的质量比用乙醇进行稀释，超声分散后得到均匀的剪切增稠稀释液，密封备用，其中：乙醇与剪切增稠液的质量比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料，其特征在于：其包括石墨烯海绵和剪切增稠液，所述剪切增稠液渗透到石墨烯海绵的内部；所述剪切增稠液的成分包括SiO

【技术特征摘要】
1.一种剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料，其特征在于：其包括石墨烯海绵和剪切增稠液，所述剪切增稠液渗透到石墨烯海绵的内部；所述剪切增稠液的成分包括SiO2。


2.一种如权利要求1所述的剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
步骤S1，制备剪切增稠液，在剪切增稠液加入溶剂进行稀释，分散后得到剪切增稠稀释液；
步骤S2，制备氧化石墨烯海绵，还原得到石墨烯海绵；
步骤S3，将剪切增稠稀释液与石墨烯海绵混合，使剪切增稠流体充分进入石墨烯海绵的内部，得到充满剪切增稠液的石墨烯海绵，然后将其真空干燥，得到剪切增稠液复合石墨烯海绵。


3.根据权利要求2所述的剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述剪切增稠液包括SiO2、分散介质和溶剂，所述SiO2的质量分数为20~40%。


4.根据权利要求3所述的剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其特征在于，步骤S1包括：将SiO2干燥，在聚乙二醇中加入乙醇溶剂，得到聚乙二醇/酒精混合液，将SiO2分次加入聚乙二醇/酒精混合液中进行搅拌，得到剪切增稠液；
所述SiO2干燥的温度为80~100℃，时间为8~16h；搅拌的转速为500~3000r/min。


5.根据权利要求3所述的剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其特征在于，在稀释之前，还包括对剪切增稠液进行干燥提纯。


6.根据权利要求5所述的剪切增稠液复合石墨烯海绵防护材料的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭庆宇，赫晓东，郑皓文，
申请(专利权)人：深圳烯创先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44