CN103554861B - 一种石墨烯高分子板材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种石墨烯高分子板材及其制备方法,它涉及一种石墨烯高分子板材及其制备方法,尤其涉及多层石墨烯膜板材及其制备方法。本发明是要解决现有技术制备的石墨烯性能差,生产量低,污染严重,使用剧毒物质对人的身体健康造成危害,无法应用于高分子板材的制备,而现有的树脂高分子板防火阻燃方面不达标,无法满足工业生产需要,且制备工艺复杂的问题。本发明的一种石墨烯高分子板材包括石墨烯膜树脂和骨架材料。制备方法:一、制备石墨烯膜;二、将石墨烯膜和树脂混合,得石墨烯膜树脂;三、将上述得到的石墨烯膜树脂和骨架材料混合,用高压压机压制,即得一种石墨烯高分子板材。本发明用于军工、飞行器、船舶材料领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种石墨烯高分子板材及其制备方法,尤其涉及多层石墨烯膜板材及其制备方法。
背景技术
石墨烯是由碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状碳质新材料,该晶体薄膜的厚度是0.335nm,仅为头发的20万分之一,是构建其它维数碳材料的基本单元。它可以翘曲成零维的富勒烯,卷成一维的碳纳米管,或者堆保成三维的石墨和金刚石。石墨烯的理论比表面积高达2630㎡/g,导热性能突出,机械性能优异,杨氏模量可达1100Gpa,断裂强度达125GPa,室温下具有高速的电子迁移率。石墨烯独特的结构使其具有完美的量子隧道效应、半整数的量子霍尔效应,从不消失的电导率等性质,在纳米复合材料、高分子复合材料、高级面饰材料、吸波材料、国防、军工新材料领域备受关注。
由于石墨稀片与片之间有较强的范德华力,容易产生叠聚、且自身难溶于水和有机溶液,这使得石墨稀在应用方面造成极大困难,无法满足工业生产需要。目前,石墨烯的制备方法主要有化学还原法和化学气相沉积法。化学还原法成本低,适于石墨烯大规模生产,但由于生产氧化过程需要大量使用浓硫酸、浓硝酸和高锰酸钾,而企业无法处理这些强酸强碱类物质,因此对环境造成了严重的污染,而且在生产过程使用酸碱不当易破坏碳链,使所制备的石墨烯性能差。此外,现有还原剂主要采用水合肼、硼氧化钠来还原氧化石墨烯,水合肼属于剧毒物质,对人的身体健康造成危害。化学气相沉积法主要在管式炉中提取,可制作高品质石墨烯,但生产量低,直径300mm的管式炉24小时只可生产300g-500g石墨烯。由于上述原因,使得石墨烯在制备高分子板材方面受到了阻碍。而现有的树脂高分子板因为防火阻燃方面不达标,无法满足军工、飞行器、船舶的大批量应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术制备的石墨烯性能差,生产量低,污染严重,使用剧毒物质对人的身体健康造成危害,无法应用于高分子板材的制备,而现有的树脂高分子板防火阻燃方面不达标,无法满足工业生产需要,且制备工艺复杂的问题,而提供的一种石墨烯高分子板材及其制备方法。
本发明的一种石墨烯高分子板材,它包括石墨烯膜树脂和骨架材料;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:(2.5-3.5);其中,石墨烯膜树脂是由石墨烯膜和树脂组成,石墨烯膜和树脂的质量比为1:(500-990)。
本发明的一种石墨烯高分子板材的制备方法是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉与树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用步骤七所得的石墨烯膜树脂和骨架材料用捏合机混合,得混合物,然后对混合物进行干燥,干燥至混合物含水率为7%时,将干燥后的混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:(2.5-3.5),干燥温度为30-55℃。
本发明的一种石墨烯高分子板材的制备方法是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉分别添加到2种以上的树脂水溶物中,分别混匀,得2种以上石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的2种以上石墨烯膜树脂分别对骨架材料进行浸润,浸润1-20min;将通过不同种石墨烯膜树脂浸润后的骨架材料进行隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润骨架材料所需的不同种石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
本发明的一种石墨烯高分子板材的制备方法是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂水溶物中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂分别浸润2种以上骨架材料,浸润1-20min;将浸润好的不同种的骨架材料隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润不同骨架材料所需的石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
本发明的一种石墨烯高分子板材,它包括低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料;其中,低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为1:(0.1-0.3):(20-45):(55-80);其中,石墨烯膜树脂是由石墨烯膜和不饱和聚酯树脂组成,石墨烯膜和不饱和聚酯树脂的质量比为1:(500-990)。
本发明的一种石墨烯高分子板材的制备方法是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到不饱和聚酯树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与不饱和聚酯树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂、钙粉、骨架材料和低收缩剂用捏合机混合,得混合物,然后将混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为(0.1-0.3):(20-45):(45-70):(10-15)。
本发明包含以下有益效果:
本发明首次制备了石墨烯高分子板材,制备的石墨烯高分子板材达到国际B1-A2等级标准,复合了多用途防火树脂高分子复合板材的制备生产方法,制备工艺简单,制备过程中得到的石墨烯产量高,一条生产线24小时可生产石墨烯达5-10kg,满足工业大批量生产的需要,而且性能高,避免了使用有毒物质对人的身体健康造成危害。本发明应用于军工、飞行器、船舶的大批量应用。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式的一种石墨烯高分子板材,它包括石墨烯膜树脂和骨架材料;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:(2.5-3.5);其中,石墨烯膜树脂是由石墨烯膜和树脂组成,石墨烯膜和树脂的质量比为1:(500-990)。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同的是:所述的石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:3,石墨烯膜和树脂的质量比为1:990。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二不同的是:所述的树脂为不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂,不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂或邻苯型不饱和聚酯树脂。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是:所述的骨架材料为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五:本实施方式的一种石墨烯高分子板材制备方法,它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉与树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用步骤七所得的石墨烯膜树脂和骨架材料用捏合机混合,得混合物,然后对混合物进行干燥,干燥至混合物含水率为7%时,将干燥后的混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:(2.5-3.5),干燥温度为30-55℃。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式五不同的是:步骤一中所述的无水乙醇清洗次数为2次,去离水清洗次数为1次。其它与具体实施方式五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式五或六不同的是:步骤二中所述的保压时间为5min。其它与具体实施方式五或六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式五至七之一不同的是:步骤三中所述的通入氮气的速度为80L/min,打开真空泵后抽真空达到的压力为10Pa。其它与具体实施方式五至七之一相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式五至八之一不同的是:步骤四中所述的锆炉工区温度为1100℃,保温50min。其它与具体实施方式五至八之一相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式五至九之一不同的是:步骤四中所述的混合气中氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min,流量为800sccn。其它与具体实施方式五至九之一相同。
具体实施方式十一:本实施方式与具体实施方式五至十之一不同的是:步骤五中所述的打开真空泵抽真空,使锆炉工区达到的压力为10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气后使锆炉工区达到的压力为15pa。其它与具体实施方式五至十之一相同。
具体实施方式十二:本实施方式与具体实施方式五至十一之一不同的是:步骤五中所述的通入混合气的流速为80L/min,流量为300sccn。其它与具体实施方式五至十一之一相同。
具体实施方式十三:本实施方式与具体实施方式五至十二之一不同的是:步骤五中所述的沉积时间为20min。其它与具体实施方式五至十二之一相同。
具体实施方式十四:本实施方式与具体实施方式五至十三之一不同的是:步骤六中所述的降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min。其它与具体实施方式五至十三之一相同。
具体实施方式十五:本实施方式与具体实施方式五至十四之一不同的是:步骤七中所述的树脂为不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂;其中,不饱和聚酯树脂为间苯型聚酯树脂或邻苯型聚酯树脂。其它与具体实施方式五至十四之一相同。
具体实施方式十六:本实施方式与具体实施方式五至十五之一不同的是:步骤七中所述的石墨烯膜与树脂的质量比为1:990。其它与具体实施方式五至十五之一相同。
具体实施方式十七:本实施方式与具体实施方式五至十六之一不同的是:步骤八中所述的骨架材料可为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式五至十六之一相同。
具体实施方式十八:本实施方式与具体实施方式五至十七之一不同的是:步骤八中所述的石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:3。其它与具体实施方式五至十七之一相同。
具体实施方式十九:本实施方式与具体实施方式五至十八之一不同的是:步骤八中所述的高压压机温度为185℃,压力为70Pa/cm,干燥温度为40℃。其它与具体实施方式五至十八之一相同。
具体实施方式二十:本实施方式的一种石墨烯高分子板材的制备方法,它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉分别添加到2种以上的树脂水溶物中,分别混匀,得2种以上石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的2种以上石墨烯膜树脂分别对骨架材料进行浸润,浸润1-20min;将通过不同种石墨烯膜树脂浸润后的骨架材料进行隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润骨架材料所需的不同种石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
具体实施方式二十一:本实施方式与具体实施方式二十不同的是:步骤一中所述的无水乙醇清洗次数为2次,去离水清洗次数为1次。其它与具体实施方式二十相同。
具体实施方式二十二:本实施方式与具体实施方式二十或二十一不同的是:步骤二中所述的保压时间为5min。其它与具体实施方式二十或二十一相同。
具体实施方式二十三:本实施方式与具体实施方式二十至二十二之一不同的是:步骤三中所述的通入氮气的速度为80L/min,打开真空泵抽真空达到的压力为10Pa。其它与具体实施方式二十至二十二之一相同。
具体实施方式二十四:本实施方式与具体实施方式二十至二十三之一不同的是:步骤四中所述的锆炉工区温度为1100℃,保温50min。其它与具体实施方式二十至二十三之一相同。
具体实施方式二十五:本实施方式与具体实施方式二十至二十四之一不同的是:步骤四中所述的混合气中氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min,流量为800sccn。其它与具体实施方式二十至二十四之一相同。
具体实施方式二十六:本实施方式与具体实施方式二十至二十五之一不同的是:步骤五中所述的打开真空泵抽真空,使锆炉工区达到的压力为10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气后使锆炉工区达到的压力为15pa。其它与具体实施方式二十至二十五之一相同。
具体实施方式二十七:本实施方式与具体实施方式二十至二十六之一不同的是:步骤五中所述的通入混合气的流速为80L/min,流量为300sccn。其它与具体实施方式二十至二十六之一相同。
具体实施方式二十八:本实施方式与具体实施方式二十至二十七之一不同的是:步骤五中所述的沉积时间为20min。其它与具体实施方式二十至二十七之一相同。
具体实施方式二十九:本实施方式与具体实施方式二十至二十八之一不同的是:步骤六中所述的降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min。其它与具体实施方式二十至二十八之一相同。
具体实施方式三十:本实施方式与具体实施方式二十至二十九之一不同的是:步骤七中所述的树脂为不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂;其中,不饱和聚酯树脂为间苯型聚酯树脂或邻苯型聚酯树脂。其它与具体实施方式二十至二十九之一相同。
具体实施方式三十一:本实施方式与具体实施方式二十至三十之一不同的是:步骤七中所述的石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:990,树脂水溶物中树脂的质量百分含量为40%。其它与具体实施方式二十至三十之一相同。
具体实施方式三十二:本实施方式与具体实施方式二十至三十一之一不同的是:步骤八中所述的骨架材料可为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式二十至三十一之一相同。
具体实施方式三十三:本实施方式与具体实施方式二十至三十二之一不同的是:步骤八中所述的浸润时间为10min,高压压机中温度为175℃,压力为70Pa/cm。其它与具体实施方式二十至三十二之一相同。
具体实施方式三十四:本实施方式与具体实施方式二十至三十三之一不同的是:步骤八中所述的浸润骨架材料所需的不同种石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的30%。其它与具体实施方式二十至三十三之之一相同。
具体实施方式三十五:本实施方式的一种石墨烯高分子板材的方法,它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂水溶物中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂分别浸润2种以上骨架材料,浸润1-20min;将浸润好的不同种的骨架材料隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润不同骨架材料所需的石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
具体实施方式三十六:本实施方式与具体实施方式三十五不同的是:步骤一中所述的无水乙醇清洗次数为2次,去离水清洗次数为1次。其它与具体实施方式三十五相同。
具体实施方式三十七:本实施方式与具体实施方式三十五或三十六不同的是:步骤二中所述的保压时间为5min。其它与具体实施方式三十五或三十六相同。
具体实施方式三十八:本实施方式与具体实施方式三十五至三十七之一不同的是:步骤三中所述的通入氮气的速度为80L/min,抽真空达到的压力为10Pa。其它与具体实施方式三十五至三十七之一相同。
具体实施方式三十九:本实施方式与具体实施方式三十五至三十八之一不同的是:步骤四中所述的锆炉工区温度为1100℃,保温50min。其它与具体实施方式三十五至三十八之一相同。
具体实施方式四十:本实施方式与具体实施方式三十五至三十九之一不同的是:步骤四中所述的混合气中氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min,流量为800sccn。其它与具体实施方式三十五至三十九之一相同。
具体实施方式四十一:本实施方式与具体实施方式三十五至四十之一不同的是:步骤五中所述的打开真空泵抽真空,使锆炉工区达到的压力为10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气后使锆炉工区达到的压力为15pa。其它与具体实施方式三十五至四十之一相同。
具体实施方式四十二:本实施方式与具体实施方式三十五至四十一之一不同的是:步骤五中所述的通入混合气的流速为80L/min,流量为300sccn。其它与具体实施方式三十五至四十一之一相同。
具体实施方式四十三:本实施方式与具体实施方式三十五至四十二之一不同的是:步骤五中所述的沉积时间为20min。其它与具体实施方式三十五至四十二之一相同。
具体实施方式四十四:本实施方式与具体实施方式三十五至四十三之一不同的是:步骤六中所述的降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min。其它与具体实施方式三十五至四十三之一相同。
具体实施方式四十五:本实施方式与具体实施方式三十五至四十四之一不同的是:步骤七中所述的树脂为不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂;其中,不饱和聚酯树脂为间苯型聚酯树脂或邻苯型聚酯树脂。其它与具体实施方式三十五至四十四之一相同。
具体实施方式四十六:本实施方式与具体实施方式三十五至四十五之一不同的是:步骤七中所述的石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:990,树脂水溶物中树脂的质量百分含量为40%。其它与具体实施方式三十五至四十五之一相同。
具体实施方式四十七:本实施方式与具体实施方式三十五至四十六之一不同的是:步骤八中所述的骨架材料可为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式三十五至四十六之一相同。
具体实施方式四十八:本实施方式与具体实施方式三十五至四十七之一不同的是:步骤八中所述的浸润时间为20min,高压压机中温度为185℃,压力为70Pa/cm。其它与具体实施方式三十五至四十七之一相同。
具体实施方式四十九:本实施方式与具体实施方式三十五至四十八之一不同的是:步骤八中所述的浸润不同骨架材料所需的石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的30%。其它与具体实施方式三十五至四十八之一相同。
具体实施方式五十:本实施方式的一种石墨烯高分子板材,它包括低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料;其中,低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为(0.1-0.3):(20-45):(45-70):(10-15);其中,石墨烯膜树脂是由石墨烯膜和不饱和聚酯树脂组成,石墨烯膜和不饱和聚酯树脂的质量比为1:(500-990)。
具体实施方式五十一:本实施方式与具体实施方式五十不同的是:所述的低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为0.3:35:54.7:10,石墨烯膜和不饱和聚酯树脂的质量比为1:990。其它与具体实施方式五十相同。
具体实施方式五十二:本实施方式与具体实施方式五十或五十一不同的是:所述的低收缩剂为HCH-6109。其它与具体实施方式五十或五十一不相同。
具体实施方式五十三:本实施方式与具体实施方式五十至五十二之一不同的是:所述的不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂或邻苯型不饱和聚酯树脂。其它与具体实施方式五十至五十二之一相同。
具体实施方式五十四:本实施方式与具体实施方式五十至五十三之一不同的是:所述的骨架材料为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式五十至五十三之一相同。
具体实施方式五十五:本实施方式的一种石墨烯高分子板材的方法,它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到不饱和聚酯树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与不饱和聚酯树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂、钙粉、骨架材料和低收缩剂用捏合机混合,得混合物,然后将混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为(0.1-0.3):(20-45):(45-70):(10-15)。
具体实施方式五十六:本实施方式与具体实施方式五十五不同的是:步骤一中所述的无水乙醇清洗次数为2次,去离水清洗次数为1次。其它与具体实施方式五十五相同。
具体实施方式五十七:本实施方式与具体实施方式五十五或五十六不同的是:步骤二中所述的保压时间为5min。其它与具体实施方式五十五或五十六相同。
具体实施方式五十八:本实施方式与具体实施方式五十五至五十七之一不同的是:步骤三中所述的通入氮气的速度为80L/min,抽真空达到的压力为10Pa。其它与具体实施方式五十五至五十七之一相同。
具体实施方式五十九:本实施方式与具体实施方式五十五至五十八之一不同的是:步骤四中所述的锆炉工区温度为1100℃,保温50min。其它与具体实施方式五十五至五十八之一相同。
具体实施方式六十:本实施方式与具体实施方式五十五至五十九之一不同的是:步骤四中所述的混合气中氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min,流量为800sccn。其它与具体实施方式五十五至五十九之一相同。
具体实施方式六十一:本实施方式与具体实施方式五十五至六十之一不同的是:步骤五中所述的打开真空泵抽真空,使锆炉工区达到的压力为10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气后使锆炉工区达到的压力为15pa。其它与具体实施方式五十五至六十之一相同。
具体实施方式六十二:本实施方式与具体实施方式五十五至六十一之一不同的是:步骤五中所述的通入混合气的流速为80L/min,流量为300sccn。其它与具体实施方式五十五至六十一之一相同。
具体实施方式六十三:本实施方式与具体实施方式五十五至六十二之一不同的是:步骤五中所述的沉积时间为20min。其它与具体实施方式五十五至六十二之一相同。
具体实施方式六十四:本实施方式与具体实施方式五十五至六十三之一不同的是:步骤六中所述的降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min。其它与具体实施方式五十五至六十三之一相同。
具体实施方式六十五:本实施方式与具体实施方式五十五至六十四之一不同的是:步骤七中所述的不饱和聚酯树脂为间苯型聚酯树脂或邻苯型聚酯树脂。其它与具体实施方式五十五至六十四之一相同。
具体实施方式六十六:本实施方式与具体实施方式五十五至六十五之一不同的是:步骤七中所述的石墨烯膜与不饱和聚酯树脂的质量比为1:990。其它与具体实施方式五十五至六十五之一相同。
具体实施方式六十七:本实施方式与具体实施方式五十五至六十六之一不同的是:步骤八中所述的骨架材料可为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。其它与具体实施方式五十五至六十六之一相同。
具体实施方式六十八:本实施方式与具体实施方式五十五至六十七之一不同的是:步骤八中所述的高压压机中温度为185℃,压力为70Pa/cm。其它与具体实施方式五十五至六十七之一相同。
具体实施方式六十九:本实施方式与具体实施方式五十五至六十八之一不同的是:步骤八中所述的低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为0.3:35:54.7:10。其它与具体实施方式五十五至六十八之一相同。
实施例1
本实施例的一种一种石墨烯高分子板材的制备方法,按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度60cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2次,再用去离子水清洗1次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到10Pa后,关闭真空泵,保压5min;
步骤三:以80L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到10Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到10Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为1100℃,保温50min;其中,氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到15Pa时,关闭真空泵,然后沉积20min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉与树脂的质量比为1:990;
步骤八:用步骤七所得的石墨烯膜树脂和骨架材料用捏合机混合,得混合物,然后对混合物进行干燥,干燥至混合物含水率为7%时,将干燥后的混合物送入高压压机中,在温度为185℃,压力为70N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:3,干燥温度为40℃。
本实施例首次制备了石墨烯高分子板材,制备的石墨烯高分子板材达到国际B1-A2等级标准,复合多用途防火树脂高分子复合板材的制备生产方法,制备工艺简单,制备过程中得到的石墨烯产量高,一条生产线24小时可生产石墨烯达5-10kg,满足工业大批量生产的需要,而且性能高,避免了使用有毒物质对人的身体健康造成危害。应用于军工、飞行器、船舶的大批量应用。
实施例2
本实施例的一种一种石墨烯高分子板材的制备方法,按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度60cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2次,再用去离子水清洗1次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到10Pa后,关闭真空泵,保压5min;
步骤三:以80L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到10Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到10Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为1100℃,保温50min;其中,氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到15Pa时,关闭真空泵,然后沉积20min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min;
步骤七:用气流粉碎上述所得的石墨烯膜,粉碎至300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉分别添加到脲醛树脂水溶物和三聚氰胺树脂水溶物中,分别混匀,得石墨烯膜脲醛树脂和石墨烯膜三聚氰胺树脂。其中,石墨烯膜粉与脲醛树脂水溶物和三聚氰胺树脂水溶物的质量比均为1:990,脲醛树脂水溶物和三聚氰胺树脂水溶物中树脂的质量百分含量均为40%;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜脲醛树脂和石墨烯膜三聚氰胺树脂分别浸润牛皮纸,浸润10min;将通过不同种石墨烯膜树脂浸润后的骨架材料进行隔张铺装,即一张浸没石墨烯膜脲醛树脂的牛皮纸,一张浸没石墨烯膜三聚氰胺树脂的牛皮纸,然后送入高压压机中,在温度为175℃,压力为70N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润骨架材料所需的不同种石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的30%。
本实施例首次制备了石墨烯高分子板材,制备的石墨烯高分子板材达到国际B1-A2等级标准,复合多用途防火树脂高分子复合板材的制备生产方法,制备工艺简单,制备过程中得到的石墨烯产量高,一条生产线24小时可生产石墨烯达5-10kg,满足工业大批量生产的需要,而且性能高,避免了使用有毒物质对人的身体健康造成危害。应用于军工、飞行器、船舶的大批量应用。
实施例3
本实施例的一种一种石墨烯高分子板材的制备方法,按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度60cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2次,再用去离子水清洗1次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到10Pa后,关闭真空泵,保压5min;
步骤三:以80L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到10Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到10Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为1100℃,保温50min;其中,氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到15Pa时,关闭真空泵,然后沉积20min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到酚醛树脂水溶物中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉和酚醛树脂水溶物的质量比为1:990,树脂水溶物中树脂的质量百分含量为40%;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂分别浸润牛皮纸、棉布和碳纤维布,浸润10min;将浸润好的牛皮纸、棉布和碳纤维布隔张铺装,即一张浸没石墨烯膜酚醛树脂的牛皮纸,一张浸没石墨烯膜酚醛树脂的棉布,一张浸没石墨烯膜酚醛树脂的碳纤维布,然后送入高压压机中,在温度为185℃,压力为70N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润不同骨架材料所需的石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的30%。
本实施例首次制备了石墨烯高分子板材,制备的石墨烯高分子板材达到国际B1-A2等级标准,复合多用途防火树脂高分子复合板材的制备生产方法,制备工艺简单,制备过程中得到的石墨烯产量高,一条生产线24小时可生产石墨烯达5-10kg,满足工业大批量生产的需要,而且性能高,避免了使用有毒物质对人的身体健康造成危害。应用于军工、飞行器、船舶的大批量应用。
实施例4
本实施例的一种一种石墨烯高分子板材的制备方法,按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50um、纯度为99.99%cu的原料铜箔裁剪成宽度60cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2次,再用去离子水清洗1次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到10Pa后,关闭真空泵,保压5min;
步骤三:以80L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95Kpa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到10Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到10Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为1100℃,保温50min;其中,氮气和氢气的体积比为1000:1,通入混合气的流速为60L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到15Pa时,关闭真空泵,然后沉积20min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为40℃/min,通入氮气的流速为80L/min,时间为5min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到邻苯型不饱和聚酯树脂材料中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉和邻苯型不饱和聚酯树脂的质量比为1:990;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜邻苯型不饱和聚酯树脂、钙粉、无碱玻璃纤维和HCH-6109低收缩剂用捏合机混合,得混合物,然后将混合物送入高压压机中,在温度为185℃,压力为70N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材。其中,石墨烯膜邻苯型不饱和聚酯树脂、钙粉、无碱玻璃纤维和HCH-6109低收缩剂的质量比为0.3:35:54.7:10。
本实施例首次制备了石墨烯高分子板材,制备的石墨烯高分子板材达到国际B1-A2等级标准,复合多用途防火树脂高分子复合板材的制备生产方法,制备工艺简单,制备过程中得到的石墨烯产量高,一条生产线24小时可生产石墨烯达5-10kg,满足工业大批量生产的需要,而且性能高,避免了使用有毒物质对人的身体健康造成危害。应用于军工、飞行器、船舶的大批量应用。
Claims (8)
1.一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%Cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95KPa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15Pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜粉与树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用步骤七所得的石墨烯膜树脂和骨架材料用捏合机混合,得混合物,然后对混合物进行干燥,干燥至混合物含水率为7%时,将干燥后的混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:(2.5-3.5),干燥温度为30-55℃。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于所述的石墨烯膜树脂和骨架材料的质量比为1:3,石墨烯膜和树脂的质量比为1:990。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于所述的树脂为不饱和聚酯树脂、脲醛树脂、酚醛树脂、三聚氰胺树脂或环氧树脂,不饱和聚酯树脂为间苯型不饱和聚酯树脂或邻苯型不饱和聚酯树脂。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于所述的骨架材料为纸浆、牛皮纸、棉布、碳纤维、碳纤维布、无碱玻璃纤维或无碱玻璃纤维布。
5.一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%Cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95KPa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15Pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉分别添加到2种以上的树脂水溶物中,分别混匀,得2种以上石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的2种以上石墨烯膜树脂分别对骨架材料进行浸润,浸润1-20min;将通过不同种石墨烯膜树脂浸润后的骨架材料进行隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润骨架材料所需的不同种石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
6.一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%Cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的 铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95KPa时停止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15Pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到树脂水溶物中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与树脂水溶物的质量比为1:(500-990),树脂水溶物中树脂的质量百分含量为30%-50%;
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂分别浸润2种以上骨架材料,浸润1-20min;将浸润好的不同种的骨架材料隔张铺装,然后送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,浸润不同骨架材料所需的石墨烯膜树脂的量均为骨架材料总重量的20%-45%。
7.一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于它是按以下步骤进行:
步骤一:将厚度为50-100um、纯度为99.99%Cu的原料铜箔裁剪成宽度20-1300cm的铜箔,然后用无水乙醇对裁剪后的铜箔清洗2-3次,再用去离子水清洗1-3次,最后用氮气吹干;
步骤二:将上述吹干后的铜箔送入连续高温锆炉,抽真空使压力达到5-10Pa后,关闭真空泵,保压1-20min;
步骤三:以80-100L/min的速度向连续高温锆炉通入氮气,直到压力达到95KPa时停 止通入氮气,然后打开真空泵,抽真空使压力达到5-15Pa,关闭真空泵,然后重复此步骤一次;
步骤四:向连续高温锆炉通入氮气和氢气的混合气,直至压力达到5-15Pa时,将铜箔送入锆炉工区,加热至锆炉工作区温度为950-1250℃,保温20-50min;其中,氮气和氢气的体积比为(200-2000):1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤五:待步骤四保温结束后,停止通入氮气和氢气的混合气,打开真空泵抽真空,使锆炉工区压力达到5-10Pa后,通入甲烷和氢气的混合气,直至锆炉工区压力达到5-15Pa时,关闭真空泵,然后沉积5-30min;其中,通入的混合气中甲烷和氢气的体积比为1:1,通入混合气的流速为50-80L/min;
步骤六:沉积结束后,开启真空泵,抽去炉内所有气体,然后通入氮气,温度降至室温后,在铜箔表面形成石墨烯膜;然后用电化学鼓泡法将石墨烯膜剥离铜箔,即得石墨烯膜;其中,降温速度为30-50℃/min,通入氮气的流速为80-100L/min,时间为5-30min;
步骤七:用气流粉碎步骤六所得的石墨烯膜,粉碎至50目-300目,得石墨烯膜粉,然后将石墨烯膜粉添加到不饱和聚酯树脂中,混匀,得石墨烯膜树脂;其中,石墨烯膜与不饱和聚酯树脂的质量比为1:(500-990);
步骤八:用上述所得的石墨烯膜树脂、钙粉、骨架材料和低收缩剂用捏合机混合,得混合物,然后将混合物送入高压压机中,在温度为165-195℃,压力为50-100N的条件下压制,即得石墨烯高分子板材;其中,低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为(0.1-0.3):(20-45):(45-70):(10-15)。
8.根据权利要求7所述的一种石墨烯高分子板材的制备方法,其特征在于所述的低收缩剂、石墨烯膜树脂、钙粉和骨架材料的质量比为0.3:35:54.7:10,石墨烯膜和不饱和聚酯树脂的质量比为1:990。
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CN1162667A (zh) * | 1997-02-28 | 1997-10-22 | 江西八一麻纺织厂 | 黄麻纤维板及其制造工艺 |
US20080268318A1 (en) * | 2006-12-26 | 2008-10-30 | Jang Bor Z | Carbon cladded composite flow field plate, bipolar plate and fuel cell |
CN102166866A (zh) * | 2011-01-05 | 2011-08-31 | 常州大学 | 应用石墨烯制备抗静电层压材料的方法 |
CN103254572A (zh) * | 2013-05-20 | 2013-08-21 | 嘉兴学院 | 一种氧化石墨烯/碳纳米管协同改性玻璃纤维增强环氧基复合材料及其制备方法 |
-
2013
- 2013-11-04 CN CN201310538053.4A patent/CN103554861B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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朱宏伟等."超声分散法".《石墨烯:结构、制备方法与性能表征》.清华大学出版社,2011,第4、6及第34页. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN103554861A (zh) | 2014-02-05 |
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