一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及石墨烯及隔热保温材料技术领域，一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法，包括以下四步骤，取正硅酸乙酯、乙醇充分水解得到硅前驱液；氧化石墨烯与硅前驱液混合；将纤维毡浸渍在所得石墨烯‑SiO

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法
本专利技术涉及石墨烯及隔热保温材料
，特别涉及一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法。
技术介绍
随着5G时代的普及，智能手机等电子产品的性能得到了进一步的提升，但这些产品在使用过程中，其结构中会产生比以往更多的热量，通常技术人员会采用相应的技术将产品一些部分进行散热处理，但是，在某些产品中部分特殊部位是需要进行相应的隔热处理，由于智能手机等电子产品越来越向轻薄化发展以及电子产品用料的严格性与特殊性，当我们对某些部位进行隔热处理时，所选用的隔热材料的要求比以往更高（比如厚度）。SiO2气凝胶作为一种新兴的隔热材料，其孔隙率高达80%~99.8%，比表面积为200~1000m2/g，而密度最低可至0.03g/cm3，室温条件下拥有超低的热导率（0.015W/（m·K））；由于其制备方法以及自身结构的特点，SiO2气凝胶的强度与韧性都比较低，在实际的隔热应用中，通常会与一系列纤维毡等增强体结合方可使用；但是，这些SiO2气凝胶毡会存在气凝胶微粉脱落（即掉粉）的问题，解决这一问题，现有较为有效的技术是通过在该气凝胶毡的表面贴附一层具有一定厚度的玻纤布或者铝箔，然而，若想将这种隔热效果优异的材料用作手机等电子产品中，这一方法会大大增加隔热材料的厚度，显然这不符合现有电子产品的发展趋势。
技术实现思路
本专利技术针对上述市场需求而提供一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法。本专利技术的技术方案是这样的：一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法，其包括如下步骤：步骤一，取正硅酸乙酯、乙醇和水按摩尔比1：(1.5~10)：(1~4)磁力搅拌混合均匀，加入盐酸使溶液pH值至3.0~5.0，搅拌后室温下静置，充分水解得到硅前驱液；步骤二，取一定固含量与pH值的氧化石墨烯溶液，与步骤一所得硅前驱液超声混合均匀；之后，逐渐滴加氨水至混合溶液pH值至7.0~9.0；加入少量N,N-二甲基甲酰胺,得到石墨烯-SiO2溶胶；步骤三，将纤维毡浸渍在步骤二所得石墨烯-SiO2溶胶后，取出放置在加热台加热10~100min，加热温度70℃，得到成型的石墨烯-硅凝胶复合毡；步骤四，在步骤三所得石墨烯-硅凝胶复合毡依次加入无水乙醇/水混合液和无水乙醇/正硅酸乙酯混合液分别进行老化处理；加入正己烷进行溶剂置换；接着放置在三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中进行改性处理；再常压干燥处理，得到石墨烯复合硅气凝胶隔热毡。作为优选，步骤二所述氧化石墨烯溶液为离心清洗后溶液；所述氧化石墨烯溶液的固含量为1%~20%，较优选为5%~10%；所述氧化石墨烯溶液的pH值为5.0~6.0。作为优选，步骤二所述超声混合时间为10~60min。作为优选，步骤三所述纤维毡为玻璃纤维短切毡或玻璃纤维表面毡或预制氧化纤维毡，较优选为玻璃纤维表面毡。作为优选，步骤四所述老化处理，其混合溶液与石墨烯-硅凝胶复合毡按体积比(2~5):1，老化处理为室温下8~36h。作为优选，步骤四所述正己烷溶剂置换次数为1~3次，每次置换的时间为12~36h。作为优选，步骤四所述改性处理时间为24~84h，三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液的体积比为1：9。作为优选，步骤四所述干燥处理分为两次，第一次用温度为60℃干燥4~12h；第二次用温度为80℃干燥4~12h。本专利技术的有益效果是：氧化石墨烯（GO）的加入不会改变现有硅气凝胶毡的生产流程，只需在硅凝胶成型前添加即可，工艺操作简单；与此同时，GO表面含有大量的羟基、羧基等含氧官能团，当GO作为纳米填料极少量的加入到硅前驱液时，在小分子缩聚的过程中，GO可以有效地与硅酸类小分子结合，其优异的力学性能帮助得到块体更大、力学性能更佳的多孔骨架，从而，在复合气凝胶与玻璃纤维等增强体结合时，不易因外力等因素造成大量的粉体脱落，极大地改善气凝胶毡掉粉问题。附图说明图1为一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料外观示意图。具体实施方式以下结合图1详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例1：采用以下步骤制备石墨烯复合硅气凝胶隔热材料：（1）取正硅酸乙酯、无水乙醇和水按摩尔比1：7：3混合均匀，之后加入质量分数为3%的盐酸使溶液pH值至3.0，搅拌后静置充分水解得到硅前驱液；（2）取离心清洗处理后GO（氧化石墨烯）溶液，其固含量和pH值分别为5%和6.0，与步骤（1）所得硅前驱液混合，超声10min；之后逐渐滴加0.3mol/L氨水使混合溶液pH至中性，加入少量的DMF（N,N-二甲基甲酰胺）混合均匀，得到石墨烯-SiO2溶胶；（3）将玻璃纤维表面毡浸渍在步骤（2）所得石墨烯-SiO2溶胶中，超声处理后放置加热台，70℃恒温加热20min，得到石墨烯-硅凝胶复合毡；（4）将步骤（3）所得石墨烯-硅凝胶复合毡依次在无水乙醇/水和无水乙醇/正硅酸四乙酯体积比均为4:1的混合溶液，室温条件下分别老化24h；加入过量的正己烷进行溶剂置换24h，置换3次；接着在体积比为1：9的三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中改性处理72h；再在常压条件下，分别在60℃和80℃下干燥4h和8h，最终得到石墨烯复合硅气凝胶隔热毡。对上述石墨烯复合硅气凝胶隔热毡成品进行测试，其外观图如图1所示，石墨烯-硅气凝胶与玻璃纤维毡结合较好，无明显粉体掉落；测得该材料密度为0.235g/cm3，样品厚度0.92mm，导热系数为0.035W/（m·K）。实施例2：采用以下步骤制备石墨烯复合硅气凝胶隔热材料：⑴取正硅酸乙酯、无水乙醇和水按摩尔比1：5：2混合均匀，之后加入质量分数为3%的盐酸使溶液pH值至3.0，搅拌后静置充分水解得到硅前驱液；⑵取离心清洗处理后GO（氧化石墨烯）溶液，其固含量和pH值分别为5%和6.0，与步骤（1）所得硅前驱液混合，超声20min；之后逐渐滴加0.3mol/L氨水使混合溶液pH至中性，加入少量的DMF（N,N-二甲基甲酰胺）混合均匀，得到石墨烯-SiO2溶胶；⑶将玻璃纤维表面毡浸渍在步骤（2）所得石墨烯-SiO2溶胶中，超声处理后放置加热台，70℃恒温加热50min，得到石墨烯-硅凝胶复合毡；⑷将步骤（3）所得石墨烯-硅凝胶复合毡依次在无水乙醇/水和无水乙醇/正硅酸四乙酯体积比均为3:1的混合溶液，室温条件下分别老化20h；加入过量的正己烷进行溶剂置换36h，置换2次；接着在体积比为1：9的三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中改性处理36h；再在常压条件下，分别在60℃和80℃下干燥8h和4h，最终得到石墨烯复合硅气凝胶隔热毡。以上仅为本专利技术的优选实施例，依据上述实施例所做的等同置换或推演，均应属于本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一，取正硅酸乙酯、乙醇和水按摩尔比1：(1.5~10)：(1~4) 磁力搅拌混合均匀，加入盐酸使溶液pH值至3.0~5.0，搅拌后室温下静置，充分水解得到硅前驱液；/n步骤二，取一定固含量与pH值的氧化石墨烯溶液，与步骤一所得硅前驱液超声混合均匀；之后，逐渐滴加氨水至混合溶液pH值至7.0~9.0；加入少量N,N-二甲基甲酰胺,得到石墨烯-SiO

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，取正硅酸乙酯、乙醇和水按摩尔比1：(1.5~10)：(1~4)磁力搅拌混合均匀，加入盐酸使溶液pH值至3.0~5.0，搅拌后室温下静置，充分水解得到硅前驱液；
步骤二，取一定固含量与pH值的氧化石墨烯溶液，与步骤一所得硅前驱液超声混合均匀；之后，逐渐滴加氨水至混合溶液pH值至7.0~9.0；加入少量N,N-二甲基甲酰胺,得到石墨烯-SiO2溶胶；
步骤三，将纤维毡浸渍在步骤二所得石墨烯-SiO2溶胶后，取出放置在加热台加热10~100min，加热温度70℃，得到成型的石墨烯-硅凝胶复合毡；
步骤四，在步骤三所得石墨烯-硅凝胶复合毡依次加入无水乙醇/水混合液和无水乙醇/正硅酸乙酯混合液分别进行老化处理；加入正己烷进行溶剂置换；接着放置在三甲基氯硅烷/正己烷混合溶液中进行改性处理；再常压干燥处理，得到石墨烯复合硅气凝胶隔热毡。


2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合硅气凝胶隔热材料的制备方法，其特征在于：步骤二所述氧化石墨烯溶液为离心清洗后溶液；所述氧化石墨烯溶液的固含量为1%~20%，较优选为5%~10%；所述氧化石墨烯溶液的pH值为5.0~6.0。

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，黄文添，何健昌，
申请(专利权)人：东莞市道睿石墨烯研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44