一种石墨烯玻璃纤维及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯玻璃纤维及其制备方法，涉及石墨烯玻璃纤维领域，通过将单层玻璃纤维基层平铺于设备上，将改性材料、去离子水、抗氧剂和固化剂混合均匀，加入喷洒设备中，喷向单层玻璃纤维基层，然后在喷洒混合溶液的单层玻璃纤维基层上再覆盖一层单层玻璃纤维基层，再喷洒一层混合溶液，重复该过程，叠加单层玻璃纤维基层，得到石墨烯玻璃纤维；解决了树脂作为粘结剂的石墨烯玻璃纤维复合工艺中，使用树脂发生团聚现象，导致产品撕裂性能降低的问题；改性材料可以包覆在玻璃纤维表面，增强树脂基体与玻璃纤维之间的作用力，玻璃纤维依靠改性材料互相缠绕搭接，形成错综复杂的网络结构，从而提高玻璃纤维的强度。从而提高玻璃纤维的强度。

Graphene glass fiber and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯玻璃纤维及其制备方法


[0001]本专利技术涉及石墨烯玻璃纤维领域，具体涉及一种石墨烯玻璃纤维及其制备方法。

技术介绍

[0002]玻璃纤维又叫玻璃无机纤维，按其工艺角度可分为纺织玻璃纤维、绝缘玻璃纤维和玻璃纤维特种产品三类，纺织玻璃纤维有长丝与短纤维之分，用以加工成中间产品或最终产品，玻璃纤维是由硅酸盐的熔体制成的，各种玻璃纤维的结构组成基本相同，都是由无规则的SiO2网络所组成，玻璃纤维的主要成分是SiO2，玻璃纤维按形态和长度，可分为连续纤维、定长纤维和玻璃棉，按玻璃成分，可分为无碱、耐化学、高碱、中碱、高强度、高弹性模量和耐碱玻璃纤维等，因玻璃纤维的种类、用途等不同，生产工艺都是以熔融纺丝法为其特征，制造长丝和短纤维原则上有三种方法，即机械拉丝法、离心力拉丝法和流动气体拉丝法，以及三种方法中两种方法的组合，玻璃纤维具有许多优异的性能，包括抗拉强度高、伸长率低、耐高温、耐腐蚀、隔热好、电气绝缘性佳，但是玻璃纤维也有诸多缺点，例如比重较大，作为填料使用会大幅提升材料的整体密度，还有集束性差，玻璃纤维间的结合性不好，加工性能不尽如人意；
[0003]石墨烯是一种具有单原子层厚度的二维碳材料，具有低密度、极高的力学强度、热导率、电导率和优良的耐腐蚀性，并且与玻璃纤维之间有较好的亲和性，因此利用纯石墨烯交联玻璃纤维，可以通过非熔融的手段实现玻璃纤维的集束和无纺布化，不仅能很好地维持玻璃纤维的力学强度、耐高温性、耐腐蚀性，而且能提高材料的导电导热性，降低整体比重，可用作高性能复合材料的填充体，在石墨烯玻璃纤维复合的工艺上，通常使用树脂作为粘结剂，但使用树脂不可避免地会发生团聚现象，导致产品性能不佳，撕裂性能降低，且使用过程中，树脂老化也会使复合材料的使用寿命缩短。

技术实现思路

[0004]为了克服上述的技术问题，本专利技术的目的在于提供了一种石墨烯玻璃纤维及其制备方法：
[0005](1)在三颈烧瓶反应器中加入苯酚、甲醛水溶液和氢氧化钠，超声处，将石墨烯溶液加入到反应体系中，加入三聚氰胺和尿素，再加入硫酸铵，得到改性材料，单层玻璃纤维基层平铺于设备上，将改性材料、去离子水、抗氧剂和固化剂混合均匀，加入喷洒设备中，喷向单层玻璃纤维基层，然后在喷洒混合溶液的单层玻璃纤维基层上再覆盖一层单层玻璃纤维基层，再喷洒一层混合溶液，重复该过程，叠加单层玻璃纤维基层，得到石墨烯玻璃纤维，解决了树脂作为粘结剂的石墨烯玻璃纤维复合工艺中，使用树脂发生团聚现象，导致产品性能不佳，撕裂性能降低的问题；
[0006](2)将四口圆底烧瓶置入油浴锅中，依次加入对羟基亚苄基丙酮、柠康酸酐、过氧化苯甲酰、α
‑
甲基苯乙烯和二甲苯，置入磁力搅拌子，通过恒压滴液漏斗滴加过氧化苯甲酰二甲苯溶液，得到中间体A，将单口圆底烧瓶置入油浴锅中，在烧瓶上搭载冷凝管，依次加入
对氨基二苯胺、中间体A和二甲苯，置入磁力搅拌子，然后开启油浴锅的搅拌功能，抽滤，真空干燥至恒重，得到该抗氧剂，解决了石墨烯玻璃纤维使用过程中，树脂老化使复合材料的使用寿命缩短的问题。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种石墨烯玻璃纤维，该石墨烯玻璃纤维由以下步骤制备得到：
[0009]S1：在三颈烧瓶反应器中加入苯酚、甲醛水溶液和氢氧化钠，当反应温度达到70
‑
75℃时，经过120W、40kHz超声处理3
‑
5h，将石墨烯溶液加入到反应体系中，在70
‑
75℃下反应2
‑
3h，室温下冷却至40
‑
44℃，在此基础上，加入三聚氰胺和尿素，在52
‑
58℃下继续反应40
‑
50min，室温下冷却，再加入硫酸铵，均匀搅拌30
‑
50s，得到改性材料；
[0010]S2：准备碱性玻璃纤维，制备玻璃纤维基层，单层玻璃纤维基层厚度为0.6
‑
0.8mm；
[0011]S3：单层玻璃纤维基层平铺于设备上，将改性材料、去离子水、抗氧剂和固化剂混合均匀，然后将混合溶液加入喷洒设备中，喷向单层玻璃纤维基层，使改性材料水溶液吸附于玻璃纤维基层上，然后在喷洒混合溶液的单层玻璃纤维基层上再覆盖一层单层玻璃纤维基层，再喷洒一层混合溶液，重复该过程，叠加单层玻璃纤维基层3
‑
6层，得到石墨烯玻璃纤维。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：步骤S3中所述抗氧剂由以下步骤制备得到：
[0013]S21：将四口圆底烧瓶置入油浴锅中，在烧瓶上搭载导气管、安全瓶、恒压滴液漏斗、冷凝管和氨气通入管，依次加入对羟基亚苄基丙酮、柠康酸酐、过氧化苯甲酰、α
‑
甲基苯乙烯和二甲苯，置入磁力搅拌子，开启搅拌，向装置通入氮气，待10
‑
20min后，升温至80
‑
90℃，通过恒压滴液漏斗滴加过氧化苯甲酰二甲苯溶液，控制滴加速度为1
‑
2滴/s，反应4
‑
5h，得到中间体A；
[0014]化学反应式如下：
[0015][0016]S22：将单口圆底烧瓶置入油浴锅中，在烧瓶上搭载冷凝管，依次加入对氨基二苯胺、中间体A和二甲苯，置入磁力搅拌子，然后开启油浴锅的搅拌功能，等到各组分溶解完全后，升温至125
‑
130℃，反应1
‑
2h，在常温下进行冷却，之后对溶液进行抽滤，真空干燥至恒重，确保除去未反应的原料单体，再置于60
‑
70℃真空干燥至恒重，得到该抗氧剂。
[0017]化学反应式如下：
[0018][0019]作为本专利技术进一步的方案：步骤S21中所述对羟基亚苄基丙酮、柠康酸酐、过氧化苯甲酰、α
‑
甲基苯乙烯、二甲苯与过氧化苯甲酰二甲苯溶液的用量比为6.3g：4.9g：0.15g：0.15g：0.3g：3.6g，所述过氧化苯甲酰二甲苯溶液的质量分数为15％。
[0020]作为本专利技术进一步的方案：步骤S22中所述对氨基二苯胺、中间体A与二甲苯的用量比为4g：4g：50g。
[0021]作为本专利技术进一步的方案：步骤S1中所述甲醛水溶液的质量分数为36％，所述石墨烯溶液的质量分数为0.4％，所述硫酸铵的质量分数为5％，所述苯酚、氢氧化钠、石墨烯溶液、三聚氰胺、尿素与硫酸铵溶液的用量比为18.8g：8.0g：40mL：10g：40g：2mL，所述苯酚与甲醛水溶液中甲醛的摩尔比为1：3。
[0022]作为本专利技术进一步的方案：步骤S3中所述改性材料、去离子水、抗氧剂与固化剂的用量比为10g：100mL：3g：2g。
[0023]作为本专利技术进一步的方案：步骤S3中所述固化剂为脂肪族胺类或芳族胺类中的一种。
[0024]一种石墨烯玻璃纤维的制备方法，包括以下步骤：
[0025]S1：在三颈烧瓶反应器中加入苯酚、甲醛水溶液和氢氧化钠，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯玻璃纤维，其特征在于，该石墨烯玻璃纤维由以下步骤制备得到：S1：在三颈烧瓶反应器中加入苯酚、甲醛水溶液和氢氧化钠，超声处，将石墨烯溶液加入到反应体系中，在此基础上，加入三聚氰胺和尿素，再加入硫酸铵，得到改性材料；S2：准备碱性玻璃纤维，制备玻璃纤维基层；S3：将单层玻璃纤维基层平铺于设备上，将改性材料、去离子水、抗氧剂和固化剂混合均匀，然后将混合溶液加入喷洒设备中，喷向单层玻璃纤维基层，使改性材料水溶液吸附于玻璃纤维基层上，然后在喷洒混合溶液的单层玻璃纤维基层上再覆盖一层单层玻璃纤维基层，再喷洒一层混合溶液，重复该过程，叠加单层玻璃纤维基层，得到石墨烯玻璃纤维。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯玻璃纤维，其特征在于，步骤S3中所述抗氧剂由以下步骤制备得到：S21：将四口圆底烧瓶置入油浴锅中，依次加入对羟基亚苄基丙酮、柠康酸酐、过氧化苯甲酰、α
‑
甲基苯乙烯和二甲苯，置入磁力搅拌子，向装置通入氮气，通过恒压滴液漏斗滴加过氧化苯甲酰二甲苯溶液，得到中间体A；S22：将单口圆底烧瓶置入油浴锅中，在烧瓶上搭载冷凝管，依次加入对氨基二苯胺、中间体A和二甲苯，置入磁力搅拌子，然后开启油浴锅的搅拌功能，抽滤，真空干燥至恒重，得到该抗氧剂。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯玻璃纤维，其特征在于，步骤S21中所述对羟基亚苄基丙酮、柠康酸酐、过氧化苯甲酰、α
‑
甲基苯乙烯、二甲苯与过氧化苯甲酰二甲苯溶液的用量比为6.3g：4.9g：0.15g：0.15g：0.3g：3.6g，所述过氧化苯甲酰二甲苯溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢克香，张耀车，范秀娟，范兴雷，
申请(专利权)人：安徽中纤新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：