CN104591551A - 一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，包括：(1)将玻璃纤维热清洗处理，然后分别用丙酮、盐酸、去离子水洗涤，烘干，备用；(2)将玻璃纤维在牛血清白蛋白溶液中浸渍提拉处理，得到牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维；(3)将上述功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理，干燥后，得到氧化石墨包覆的玻璃纤维；(4)将上述得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维，采用还原剂还原，即得。本发明涉及的制备方法，工艺简单、易操作，制备的玻璃纤维复合材料达到导电级别，且易于工业化生产；制备的复合材料电导率为1～6S/m，相比电绝缘的玻璃纤维，导电性得到极大的提高，复合材料在电磁屏蔽等领域有重要应用。
Description
技术领域
本发明属于石墨烯基导电复合材料领域，特别涉及一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法。
背景技术
石墨烯作为碳的同素异形体，是碳原子按sp2轨道杂化形成的具有蜂窝状结构的单层二维晶体材料，由于其具有优良的导电、导热等性能，近年来而受到各国科学家的广泛关注，其电子传输速率在常温下超过15000cm2/V·s，并且电阻率只有约10-6Ω·cm，比银的电阻率还低，而成为目前各种导电材料中电阻率最低的材料，目前，许多研究都是通过制备石墨烯基复合材料，利用石墨烯高电导率，以期望获得性能优异的导电材料。另外，石墨烯具有的良好的机械性能、化学稳定性等也将在复合材料等领域有着广阔的应用前景。
玻璃纤维作为无机非金属材料家族中独具特异性能的结构工程材料，拥有强度高、模量大、耐腐蚀、耐高温等一系列优良的特性，而广泛应用在航空、航天、交通、电子等国民经济的各个领域，但是玻璃纤维本身的电绝缘性，限制了其应用领域的拓展，Chen等在Carbon47(2009)922-925中报道了通过原位法制备了环氧树脂基石墨烯复合材料，其具有良好的电磁屏蔽能力，电磁干扰频率范围达到8.2—12.4GHz。将石墨烯具有的高电导性与玻璃纤维具有的高强度性能结合起来，制备石墨烯包覆的玻璃纤维复合导电材料，将进一步拓展玻璃纤维的应用领域，其将在电磁干扰、静电放电的屏蔽以及吸波透波、雷达干扰等电子、电气方面有重要的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，该方法操作简单、原料易得、易于工业化生产，石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料中石墨烯片层结构明显、包覆均匀，复合材料电阻率低。
本发明的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，包括：
(1)将玻璃纤维置于马弗炉中热清洗处理，然后分别用丙酮、盐酸、去离子水洗涤，烘干，备用；
(2)将经过上述处理的玻璃纤维在牛血清白蛋白溶液中浸渍提拉处理，得到牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维；
(3)将上述功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理，干燥后，得到氧化石墨包覆的玻璃纤维；
(4)将上述得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维，采用还原剂还原，得到石墨烯包覆玻璃纤维复合材料。
所述步骤(1)中的热清洗处理温度为350-450℃，热清洗处理时间为45-60min。
所述步骤(1)中的盐酸的浓度为6mol/L，洗涤时间为30min。
所述步骤(2)中的牛血清白蛋白溶液为0.5-1.0wt％。
所述步骤(2)中的浸渍提拉处理具体为每隔五分钟提拉一次，处理时间为60min。
所述步骤(3)中的氧化石墨分散液为超纯水分散的氧化石墨，分散液的浓度为0.1-0.2wt％；浸渍处理时间为30-60min，浸渍后用去离子水冲洗。
所述步骤(3)中的干燥温度为50～55℃，干燥时间为1～3h。
所述步骤(4)中的还原剂为体积比1:1-1:5的氢碘酸和乙酸。
所述步骤(4)中的还原温度为30-50℃，还原时间10-30min。
本发明将电学性能优异的石墨烯材料与力学性能良好的玻璃纤维结合起来，制备的石墨烯包覆玻璃纤维的复合材料，具有一定的力学强度及导电性能，制备的复合材料可用于电磁屏蔽等领域，并且制备过程简单、产品原料易得，易于工业化生产，将进一步拓展玻璃纤维复合材料的应用范围。
有益效果
(1)本发明工艺简单、对设备要求低、操作简便，易于工业化生产；
(2)本发明制备得到的石墨烯/玻璃纤维复合材料，氧化石墨得到氢碘酸的充分还原，制备的复合材料体电导率下达到1～6S/m，相比电绝缘的玻璃纤维，复合材料的电阻率下降明显。制备的复合材料将在电磁屏蔽等领域有广阔的应用前景，可用于制备抗电磁屏蔽的导电织物。
附图说明
图1为石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料SEM图；
图2为石墨烯包覆玻璃纤维复合材料拉曼光谱测试；
图3为石墨烯包覆玻璃纤维前(b)、后(a)数码照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)将玻璃纤维置于400℃的马弗炉中热清洗处理50min，然后依次经过丙酮、6mol/L的盐酸溶液、去离子水清洗，然后置于60℃的烘箱中干燥后备用；
(2)将经过预处理的玻璃纤维放于质量分数为1.0％的牛血清白蛋白50ml溶液中浸泡处理60min，期间，每隔5min提拉一次；
(3)室温下，配制质量分数为0.1％的氧化石墨超纯水分散液50ml，将牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理30min，取出，并用去离子水冲洗；然后置于55℃烘箱中烘干备用；
(4)将氢碘酸、乙酸以体积比1:2的比例配制溶液10ml置于密封容器中，同时将得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维在密闭容器的上层固定，在40℃下还原氧化石墨20min；
(5)得到的石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料电阻率测试结果表明，本实施例得到的复合材料电导率为4S/m，相对于电绝缘的玻璃纤维导电性，显示出优良的导电性。
实施例2
(1)将玻璃纤维置于450℃的马弗炉中热清洗处理50min，然后依次经过丙酮、6mol/L的盐酸溶液、去离子水清洗，然后置于60℃的烘箱中干燥后备用；
(2)将上诉经过预处理的玻璃纤维放于质量分数为1.5％的牛血清白蛋白50ml溶液中浸泡处理60min，期间，每隔5min提拉一次；
(3)室温下，配制质量分数为0.1％的氧化石墨超纯水分散液50ml，将牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理30min，取出，并用去离子水冲洗；然后置于50℃烘箱中烘干备用；
(4)将氢碘酸、乙酸以体积比1:3的比例配制溶液10ml置于密封容器中，同时将得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维在密闭容器的上层固定，在40℃下还原氧化石墨15min；
(5)得到的石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料电阻率测试结果表明，本实施例得到的复合材料电导率为5S/m，相对于电绝缘的玻璃纤维导电性，显示出优良的导电性。
实施例3
(1)将玻璃纤维置于350℃的马弗炉中热清洗处理50min，然后依次经过丙酮、6mol/L的盐酸溶液、去离子水清洗，然后置于60℃的烘箱中干燥后备用；
(2)将上诉经过预处理的玻璃纤维放于质量分数为1.25％的牛血清白蛋白50ml溶液中浸泡处理60min，期间，每隔5min提拉一次；
(3)室温下，配制质量分数为0.2％的氧化石墨超纯水分散液50ml，将牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理30min，取出，并用去离子水冲洗；然后置于50℃烘箱中烘干备用；
(4)将氢碘酸、乙酸以体积比1:2.5的比例配制溶液10ml置于密封容器中，同时将得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维在密闭容器的上层固定，在40℃下还原氧化石墨20min；
(5)得到的石墨烯包覆的玻璃纤维复合材料电阻率测试结果表明，本实施例得到的复合材料电导率为2.8S/m，相对于电绝缘的玻璃纤维，显示出优良的导电性。
Claims (9)
1.一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，包括：
(1)将玻璃纤维置于马弗炉中热清洗处理，然后分别用丙酮、盐酸、去离子水洗涤，烘干，备用；
(2)将经过上述处理的玻璃纤维在牛血清白蛋白溶液中浸渍提拉处理，得到牛血清白蛋白功能化的玻璃纤维；
(3)将上述功能化的玻璃纤维在氧化石墨分散液中浸渍处理，干燥后，得到氧化石墨包覆的玻璃纤维；
(4)将上述得到的氧化石墨包覆的玻璃纤维，采用还原剂还原，得到石墨烯包覆玻璃纤维复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的热清洗处理温度为350-450℃，热清洗处理时间为45-60min。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的盐酸的浓度为6mol/L，洗涤时间为30min。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的牛血清白蛋白溶液为0.5-1.0wt％。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的浸渍提拉处理具体为每隔五分钟提拉一次，处理时间为60min。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的氧化石墨分散液为超纯水分散的氧化石墨，分散液的浓度为0.1-0.2wt％；浸渍处理时间为30-60min，浸渍后用去离子水冲洗。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的干燥温度为50～55℃，干燥时间为1～3h。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的还原剂为体积比1:1-1:5的氢碘酸和乙酸。
9.根据权利要求1所述的一种石墨烯包覆玻璃纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中的还原温度为30-50℃，还原时间10-30min。
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