[發(fā)明專利]一種石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510439136.7
• 申請(qǐng)日: 2015-06-26
• 公開（公告）號(hào): CN105131409A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊程;和玉光;戴圣龍;張曉艷;燕紹九
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院
• 主分類號(hào): C08L23/08
• 分類號(hào): C08L23/08;C08K9/00;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及一種高壓電力電纜的屏蔽材料的制備方法，具體講涉及一種石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料的制備方法。

【背景技術(shù)】

石墨烯是由SP²雜化方式的碳原子緊密排列在一起的具有二維蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的一種碳單質(zhì)，由于其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)、超大的比表面積及無(wú)與倫比的電學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)等性能而在新能源材料(儲(chǔ)能材料、超級(jí)電容器、太陽(yáng)能電池等)、光催化材料、生物材料以及各類傳統(tǒng)的復(fù)合材料領(lǐng)域掀起了前所未有的研究熱潮。

乙烯-醋酸乙烯酯，縮稱EVA，是由乙烯和醋酸乙烯酯共聚而制得的熱塑性樹脂，它和許多材料有良好粘結(jié)性能，它柔韌且具有彈性，可用作鞋底密封條、泡沫塑料制品和電力電纜制品等。

石墨烯和EVA材料都可應(yīng)用于改善電力電纜制品性能，目前聚合物/石墨烯復(fù)合材料的研究成果層出不窮，將石墨烯作為新的高性能增體可以為聚合物復(fù)合材料帶來(lái)力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)以及摩擦學(xué)等多方面性能得到提升。其制備方法主要為原位聚合法、熔融共混法以及乳液混合法。

熔融共混法通常將原始石墨氧化，經(jīng)過剝離并還原制成石墨烯，與聚合物在熔融狀態(tài)下共混制得復(fù)合材料。熔融共混中可以分別制備石墨烯和聚合物，因此石墨烯的尺寸與形態(tài)可控，但是石墨烯在聚合物基體中不易分散，與聚合物的界面作用較差。通過化學(xué)改性的石墨烯中的有機(jī)基團(tuán)在熔融狀態(tài)下不穩(wěn)定，不能應(yīng)用于熔融共混法。目前熔融共混法采用的石墨烯大多通過熱還原制得，這種石墨烯的密度較小，通常也會(huì)增加熔融混合的難。

原位聚合法是將石墨烯與聚合物單體混合，加入引發(fā)劑引發(fā)反應(yīng)，最后制得復(fù)合材料。原位聚合法可以將石墨烯均勻分散在聚合物基體中，缺點(diǎn)是加入石墨烯(或氧化石墨烯)的聚合物的黏度增大，使得聚合反應(yīng)變得復(fù)雜。

乳液混合法是利用氧化石墨烯在水中具有良好的分散性，可將氧化石墨烯的水性分散液與聚合物膠乳進(jìn)行混合，通過還原制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料。也可以采用表面活性劑對(duì)石墨烯進(jìn)行表面改性，改善其在水中的分散性，然后與膠乳混合制備復(fù)合材料。這種方法可以避免有機(jī)溶劑的危害，制得高導(dǎo)電性能的聚合物復(fù)合材料。

溶液共混法中，常常先制備氧化石墨烯，對(duì)其進(jìn)行改性得到在有機(jī)溶劑中能夠分散的分散液，通過還原得到石墨烯，然后與聚合物進(jìn)行溶液共混制備石墨烯/聚合物復(fù)合材料。溶液混合法的優(yōu)點(diǎn)是石墨烯(或氧化石墨烯)的制備與聚合物的合成分別進(jìn)行，可控制石墨烯的尺寸與形態(tài)，且石墨烯比較容易分散。缺點(diǎn)是需要使用有機(jī)溶劑，危害環(huán)境，而且采用原位還原法時(shí)，由于聚合物種類和還原劑的不同可能會(huì)引起聚合物的降解。

然而已報(bào)道的一種氧化石墨烯納米帶/極性橡膠、石墨烯納米帶/橡膠復(fù)合材料等現(xiàn)有技術(shù)僅僅報(bào)道了同種類型材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能，缺乏關(guān)于專門研究石墨烯和EVA材料兩者結(jié)合應(yīng)用于電力電纜制品相關(guān)技術(shù)的報(bào)道。因此需要提供一種高壓電纜中屏蔽材料用的半導(dǎo)體屏蔽料，以滿足現(xiàn)有技術(shù)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料的制備方法，以石墨烯納米片和乙烯-醋酸乙烯酯為主要原料合成石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料，本發(fā)明提供的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、能耗低，易于控制等優(yōu)勢(shì)，且制得的石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料密度低、半導(dǎo)電性能優(yōu)越、耐壓高、抗張強(qiáng)度高、光滑且耐水樹，可廣泛地應(yīng)用與電纜屏蔽料，防靜電等領(lǐng)域，具有巨大的應(yīng)用前景。

為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料的制備方法，包括下述步驟：

1)頻率為20～25kHz、功率為70～90％下超聲處理石墨烯納米片配成的水溶液15～30min；

2)在300～500rpm速率下將乙烯-醋酸乙烯酯乳液加入步驟1)的石墨烯溶液中攪拌30～60min，得絮狀混合料；

3)用去離子水沖洗所述混合料，過濾，真空冷凍干燥，得石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料的母料；

4)開煉混合10～15h，在160～180℃、壓力為8～15MPa下硫化步驟3)所得的母料，得石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料。

本發(fā)明提供的制備方法步驟1)中石墨烯納米片占石墨烯半導(dǎo)體屏蔽料質(zhì)量百分比的0.5～30％。

本發(fā)明提供的制備方法步驟1)中石墨烯溶液的濃度為5～20g/L。

本發(fā)明提供的制備方法步驟1)中超聲處理的頻率為25kHz，功率為80％。

本發(fā)明提供的制備方法步驟1)中超聲處理的時(shí)間為20min。

本發(fā)明提供的制備方法步驟2)中攪拌速率為400rpm，攪拌時(shí)間為45min。