[發明專利]一種含有石墨烯的高彈模量復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811419769.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109608891B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張巖;付吉國;董偉;趙然;周衛東;曾蕾
• 申請（專利權）人: 國宏中晶集團有限公司
• 主分類號: C08L87/00
• 分類號: C08L87/00;C08K3/04;C08J5/18;C01B32/19;B29C41/12
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一種含有石墨烯的高彈模量復合材料的制備裝置，包括：旋涂機底座(1)、聚碳酸酯預制件(2)、大燒杯(3)、密閉通風櫥(4)、抽氣機(5)、出氣管(6)；所述旋涂機底座上具有一旋涂機托盤(7)，托盤側部不與底座接觸；所述旋涂機底座能夠以0.5?5轉/s的速度帶動旋涂機托盤(7)轉動；所述聚碳酸酯預制件(2)具備下開槽和上開槽，分別具有上開槽橡膠圈(8)和下開槽橡膠圈(9)；還具有利用其進行制備的方法，以及制得的復合材料。

技術領域

本發明涉及含有石墨烯的復合材料技術領域，具體為一種含有石墨烯的高彈模量復合材料及其制備方法，及其配套裝置。

背景技術

石墨烯是一種由碳原子組成的只有一個原子厚度的二維材料，具有十分優異的物理化學性能，如優異的力學性能、高的導電性和良好的導熱性能等，被認為是當今最具有潛力的納米材料之一。作為一種一維碳納米材料，碳納米纖維具有良好的力學性能、較大的比表面積和良好的化學穩定性等優點，這些特殊性質使其廣泛應用于催化劑載體、高分子納米復合材料、能量轉換與儲存器件的柔性基底材料等領域。以石墨烯微片為例，其不但自身具備較好的物性性能、電學性能，而且與其他材料復合可以進一步提升其他材料的性能。

石墨烯的一大問題是介電常數低，單獨的儲電能力不足，現有技術論文《高介電常數聚輪烷彈性體基復合材料的制備及性能研究》中提出了初步的HyPR-PCL與石墨烯復合的方法，通過共混交聯得到了復合材料。我們重復了該試驗，發現該方法制得的復合材料的韌性嚴重不足，力學性能雖然有所提升，但是仍然不能滿足要求，從其電鏡照片中可以看出，這是由于石墨烯在其中含量較少，且石墨烯碎片尺寸過小，在韌性方面提供的增益不足導致的。如此添加石墨烯的復合薄膜，與純HDI薄膜相比，石墨烯最多的含量也就在1.69％左右，這是相對比純HDI薄膜彈性模量只不過增加了四倍，并沒有體現出較好的力學性能。

現有技術中，對于聚合物纖維和石墨烯復合時如何在平行于膜方向上顯著地提升力學性能，沒有進行研究和分析，而單純使得石墨烯和聚合物纖維如PCL混合均勻，對于力學性能的提升并無助益。

發明內容

本發明的目的在于提供一種良好的復合材料，以解決現有的技術的PCL/石墨烯復合材料的力學性能不足，彈性模量數值低，不能滿足電學器件的制作要求，良好性能無從發揮的缺陷。相對于現有技術，本發明通過在PCL和特定大尺寸的石墨烯微片進行混合，利用大徑向尺寸的石墨烯微片的大薄片特性，通過旋轉作用力使得石墨烯微片在復合材料膜中體現出更強的垂直Z軸的取向性，即石墨烯微片更多地采垂直Z軸的取向性，使得膜層的橫向力學性能得到了明顯提高。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種含有石墨烯的高彈模量復合材料的制備裝置，包括：旋涂機底座、聚碳酸酯預制件、大燒杯、密閉通風櫥、抽氣機、出氣管。

所述旋涂機底座上具有一旋涂機托盤，所述旋涂機托盤在側部不與旋涂機底座接觸；所述旋涂機底座能夠以0.5-5轉/s的速度帶動旋涂機托盤轉動；所述聚碳酸酯預制件使用模具制備，具備下開槽和上開槽，下開槽可以與旋涂機托盤緊密配合，上開槽可以與大燒杯緊密配合，上開槽內側側方具有上開槽橡膠圈，下開槽內側側方具有下開槽橡膠圈；所述密閉通風櫥能夠密閉，且具有可開閉的柜門，且具有可開閉的進氣口和內部壓力表，所述旋涂機底座的電源線自所述密閉通風櫥的側下方以不漏氣的方式引出。

前述的含有石墨烯的高彈模量復合材料的制備裝置，其特征在于：所述抽氣機具有顯示面板，用于顯示當前開啟與否以及抽出氣體的流量；所述內部壓力表的顯示部分在密閉通風櫥外部可觀察到；所述聚碳酸酯預制件的材質為硬質且韌性較強的聚碳酸酯；所述出氣管的材質為透明的環氧樹脂；所述大燒杯的材質為玻璃，容量在200-500ml之間；所述上開槽橡膠圈和下開槽橡膠圈的材質為耐刮擦的熱硫化丁基橡膠，表面平滑；所述抽氣機有若干檔位，抽氣風量在0.5-5L/min之間，通過交流電轉換的12V直流電供電。

一種含有石墨烯的高彈模量復合材料的制備方法，其利用如前所述的一種含有石墨烯的高彈模量復合材料的制備裝置以實施，其特征在于，包括以下步驟。