[發明專利]一種石墨烯高分子板材及其制備方法

有效

• 申請號: 201310538053.4
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103554861A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發明（設計）人: 曾蜀斌;羊軍;曾茗威
• 申請（專利權）人: 哈爾濱市都邦節能科技有限公司
• 主分類號: C08L67/06
• 分類號: C08L67/06;C08L61/24;C08L61/06;C08L61/28;C08L63/00;C08K3/04;C08J5/04;C23C16/26;B32B27/04;B32B27/20
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及一種石墨烯高分子板材及其制備方法，尤其涉及多層石墨烯膜板材及其制備方法。

背景技術

石墨烯是由碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀碳質新材料，該晶體薄膜的厚度是0.335nm，僅為頭發的20萬分之一，是構建其它維數碳材料的基本單元。它可以翹曲成零維的富勒烯，卷成一維的碳納米管，或者堆保成三維的石墨和金剛石。石墨烯的理論比表面積高達2630m²/g，導熱性能突出，機械性能優異，楊氏模量可達1100Gpa，斷裂強度達125GPa，室溫下具有高速的電子遷移率。石墨烯獨特的結構使其具有完美的量子隧道效應、半整數的量子霍爾效應，從不消失的電導率等性質，在納米復合材料、高分子復合材料、高級面飾材料、吸波材料、國防、軍工新材料領域備受關注。

由于石墨稀片與片之間有較強的范德華力，容易產生疊聚、且自身難溶于水和有機溶液，這使得石墨稀在應用方面造成極大困難，無法滿足工業生產需要。目前，石墨烯的制備方法主要有化學還原法和化學氣相沉積法。化學還原法成本低，適于石墨烯大規模生產，但由于生產氧化過程需要大量使用濃硫酸、濃硝酸和高錳酸鉀，而企業無法處理這些強酸強堿類物質，因此對環境造成了嚴重的污染，而且在生產過程使用酸堿不當易破壞碳鏈，使所制備的石墨烯性能差。此外，現有還原劑主要采用水合肼、硼氧化鈉來還原氧化石墨烯，水合肼屬于劇毒物質，對人的身體健康造成危害。化學氣相沉積法主要在管式爐中提取，可制作高品質石墨烯，但生產量低，直徑300mm的管式爐24小時只可生產300g-500g石墨烯。由于上述原因，使得石墨烯在制備高分子板材方面受到了阻礙。而現有的樹脂高分子板因為防火阻燃方面不達標，無法滿足軍工、飛行器、船舶的大批量應用。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術制備的石墨烯性能差，生產量低，污染嚴重，使用劇毒物質對人的身體健康造成危害，無法應用于高分子板材的制備，而現有的樹脂高分子板防火阻燃方面不達標，無法滿足工業生產需要，且制備工藝復雜的問題，而提供的一種石墨烯高分子板材及其制備方法。

本發明的一種石墨烯高分子板材，它包括石墨烯膜樹脂和骨架材料；其中，石墨烯膜樹脂和骨架材料的質量比為1：（2.5-3.5）；其中，石墨烯膜樹脂是由石墨烯膜和樹脂組成，石墨烯膜和樹脂的質量比為1：（500-990）。

本發明的一種石墨烯高分子板材的制備方法是按以下步驟進行：

步驟一：將厚度為50-100um、純度為99.99%cu的原料銅箔裁剪成寬度20-1300cm的銅箔，然后用無水乙醇對裁剪后的銅箔清洗2-3次，再用去離水清洗1-3次，最后用氮氣吹干；

步驟二：將上述吹干后的銅箔送入連續高溫鋯爐，抽真空使壓力達到5-10Pa后，關閉真空泵，保壓1-20min；

步驟三：以80-100L/min的速度向連續高溫鋯爐通入氮氣，直到壓力達到95Kpa時停止通入氮氣，然后打開真空泵，抽真空使壓力達到5-15Pa，關閉真空泵，然后重復此步驟一次；

步驟四：向連續高溫鋯爐通入氮氣和氫氣的混合氣，直至壓力達到5-15pa時，將銅箔送入鋯爐工區，加熱至鋯爐工作區溫度為950-1250℃，保溫20-50min；其中，氮氣和氫氣的體積比為（200-2000）：1，通入混合氣的流速為50-80L/min，流量500-800sccn；

步驟五：待步驟四保溫結束后，停止通入氮氣和氫氣的混合氣，打開真空泵抽真空，使鋯爐工區壓力達到5-10Pa后，通入甲烷和氫氣的混合氣，直至鋯爐工區壓力達到5-15pa時，關閉真空泵，然后沉積5-30min；其中，通入的混合氣中甲烷和氫氣的體積比為1:1，通入混合氣的流速為50-80L/min，流量100-300sccn；

步驟六：沉積結束后，開啟真空泵，抽去爐內所有氣體，然后通入氮氣，溫度降至室溫后，在銅箔表面形成石墨烯膜；然后用電化學鼓泡法將石墨烯膜剝離銅箔，即得石墨烯膜；其中，降溫速度為30-50℃/min，通入氮氣的流速為80-100L/min，時間為5-30min；

步驟七：用氣流粉碎步驟六所得的石墨烯膜，粉碎至50目-300目，得石墨烯膜粉，然后將石墨烯膜粉添加到樹脂中，混勻，得石墨烯膜樹脂；其中，石墨烯膜粉與樹脂的質量比為1：（500-990）；