CN108625218A - 一种石墨烯复合云母纸及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯复合云母纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及云母纸领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合云母纸及其制备方法。一种石墨烯复合云母纸，主要由石墨烯材料和云母组成；所述石墨烯复合云母纸中，所述石墨烯材料的质量百分含量为5％‑20％。发明人发现，在制备云母纸的过程中，添加一定含量的石墨烯材料，两者协同配合，制得的兼具热传导和热辐射功能的新型云母纸性能优越，解决了现有云母纸应用于发热电路中的散热问题。本发明还提供了石墨烯复合云母纸的制备方法，先将石墨烯与云母制得浆料，然后经后续程序制得石墨烯复合云母纸，其中石墨烯分散性好，得到的云母纸性能优越。

Description

一种石墨烯复合云母纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及云母纸领域，具体而言，涉及一种石墨烯复合云母纸及其制备方法。
背景技术
云母是一种自然生成的层状硅酸盐类矿物，具有优良的物理性能、电气性能以及耐高温特性，此外还具有完全的化学惰性、不易燃性、抗高电压以及耐电晕放电的特性。因此，云母作为一种非常重要的绝缘材料广泛应用于电子、电器、电讯、电机、航空、船舶、交通、仪表、冶金、建材等工业部门，以及国防和尖端工业领域。随着优异云母资源的逐渐枯竭，同时为了提高云母资源的利用率，利用云母碎片制备的云母纸应运而生。云母纸是以细小云母碎片为主要原料经现代湿法造纸工艺经抄造而成的绝缘材料，其成型主要依靠的是云母片间的范德华力和静电作用力。云母纸完全由天然的云母鳞片制成，不添加任何的纤维素和其他有机胶黏剂，保持了天然云母的优良特性，且厚度均匀、介电强度波动范围小、电晕起始电压高而稳定，同时其介质损耗的电压特性稳定，导热性良好，使用时温度低。
云母纸的生产过程主要包括粉碎、分级、制浆、抄造、成型、压榨、烘干七个步骤，其中抄造、成型、压榨和烘干四个步骤在云母纸生产中已经相当成熟，所以云母的粉碎、分级和制浆三个工序是整个云母纸生产过程中最重要的部分，这三个工序的好坏直接影响云母成纸的质量和性能。粉碎是云母纸生产的基础，只有采用合适的粉碎方法才能保证在不破坏天然云母物理性质的情况下，得到表面光洁、粒度均匀和径厚比大的云母鳞片。云母的粉碎和剥片通常有两种方法，一是高温煅烧化学处理法，将云母碎片经高温煅烧脱去云母结构中的部分结晶水，使云母碎片沿垂直于解理面的方向膨胀、分层，质地变软，再用化学方法处理，酸溶液均匀地浸润各个层间，使云母片充分地分裂解离成细小的云母鳞片；二是高压水力破碎法，是利用高压水在特殊的腔体内将云母粉碎为细小的鳞片，而且喷嘴水流的压力和流量均可按工艺要求进行调节，从而可提高云母的分剥效率并避免过度粉碎。分级是云母纸生产的关键，通过分级可以剔除不符合造纸要求的粒级，保留适合制备云母纸的粒级。制浆是云母纸的核心，经过分级后得到符合造纸要求的云母粉，只有通过一定比例搭配制浆才能抄造出高性能的云母纸。
目前，云母纸已经具备片云母制品相对应的全部品种。工业上主要利用的是云母纸的耐高温性和绝缘性，以及良好的抗酸碱性用作电气设备和电工器材的绝缘材料。此外，云母纸在电热设备上也有应用，云母纸贴合在以合金箔片为发热电路的发热元件两侧，起到绝缘和保护发热电路的作用，不过云母纸本身的导热散热性能较差，不利于快速地将发热电路产生的热量散发到环境中。专利《一种导热云母纸的制备方法及应用》，公开号：CN103469673A，公开日期：2013.12.25，采用质量浓度10～15％的导热硅胶和0.005～0.01％的聚氧化乙烯提高云母纸的导热系数。上述专利采用加入高导热填料的方式提高云母纸的导热系数，不过所添加的填料本身导热系数有限，另外也无法帮助发热电路将热量散热到环境中。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种石墨烯复合云母纸，所述的复合云母纸导热和散热性能优异，采用该云母纸制成的电热膜可以快速有效传递出发热元件产生的热量，并以红外辐射的方式将热量均匀地散发到周围的环境中，提升电热膜的加热效率及使用寿命。
本发明的第二目的在于提供一种所述的石墨烯复合云母纸的制备方法，该方法操作简便，制得的复合云母纸的性能优越。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种石墨烯复合云母纸，主要由石墨烯材料和云母组成；
所述石墨烯复合云母纸中，所述石墨烯材料的质量百分含量为5％-20％。
云母纸散热性差，因此，应用于发热电路中的效果不佳。虽然现有技术已对该问题进行改进，但散热效果仍然需要进一步提升。石墨烯作为一种具有二维片层结构的新型碳材料，具有非常优异的热传导和热辐射性能，且热学性能稳定，在小于400℃高温使用条件下不会发生分解和氧化。发明人发现，在制备云母纸的过程中，添加石墨烯材料，在一定范围内，才能得到综合性能优良，并且散热性能明显提升的复合云母纸。两者协同配合，制得的兼具热传导和热辐射功能的新型云母纸性能优越，解决了现有云母纸应用于发热电路中的散热问题。
为了使得到的云母纸的散热性能及其综合性能优越，优选地，所述石墨烯复合云母纸中，所述石墨烯材料的质量百分含量为8％-15％，更优选为10％-15％。
具体地，所述石墨烯材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、生物质石墨烯及其衍生物的一种或多种。
其中，本发明中的生物质石墨烯为以生物质为主要原料,经过催化、碳化等工艺制备而成的含有单层石墨烯、少层石墨烯、石墨烯纳米片层结构，并负载有金属/非金属化合物的复合碳材料。该生物质石墨烯中会存在碳元素的其他同素异形体、层数非单层甚至多层的石墨烯结构(例如3层、5层、10层、20层等)或其它元素。
对于上述的“其它元素”：
利用生物质作为原料制备得到的生物质石墨烯中，由于原料来自于植物，植物自身需要从土壤中吸收矿质元素，这些矿质元素在制备生物质石墨烯过程中得到了选择性的保留，矿质元素至少为Fe、Si、Al，还可含有K、Na、Ca、Mg、P、Mn和Co中的一种或几种。
因此，本发明中所指的生物质石墨烯具体为一种含有石墨烯的混合体。
具体地，本发明中所采用的生物质石墨烯采用现有的制备方法制得，例如：CN104118873A公开的方法；CN104016341A公开的方法；CN104724696A公开的方法；CN104724699A公开的方法；CN105060289A公开的方法等等。
优选地，所述石墨烯材料的尺寸为：径向尺寸为5～100μm、厚度为1～10nm；进一步优选为径向尺寸为10～90μm、厚度为3～10nm；尤其优选为径向尺寸为20～80μm、厚度为5～10nm。该尺寸的石墨烯材料在复合云母纸中充分发挥其散热功能；并且，制备过程中发现，该尺寸的石墨烯与云母更好的相互融合，制得的复合云母纸的散热性能佳。
云母纸的成型主要依靠的是云母片间的范德华力和静电作用力，只有进行恰当的粒径组合才能保证云母片之间具有很好的相互作用，从而更有利于成纸；另外，添加石墨烯后，会影响云母的成纸性能，经多次试验，最终选用本发明提供的不同粒径的云母粉，该粒径的云母与石墨烯相互配合，分散的更为均一，并且得到的复合云母纸的散热性能更加。
优选地，所述云母为不同粒径云母粉的组合，按重量计，所述组合为：≤20目：20～40目：≥40目＝(1～3):(4～6):3。
本发明还提供了所述的石墨烯复合云母纸的制备方法，包括以下步骤：
(a)制得含有石墨烯材料和云母的混合浆料；
(b)将所述混合浆料脱水成型，然后进行圆网抄纸，烘干后经热压、保温即得所述石墨烯复合云母纸。
在添加石墨烯的过程中发现，石墨烯的分散效果不佳，经大量实验，发明人先将较小粒径的石墨烯与云母制得混合液，再将更大粒径的石墨烯加入其中，制得混合浆料，然后经后续程序制得石墨烯复合云母纸，这样，较小粒径的石墨烯先通过吸附作用于云母结合，然后较大粒径的石墨烯再分散其中，石墨烯分散性好，达到的分散体系稳定，得到的云母纸性能优越。
优选地，步骤(a)具体为：
(1)将径向尺寸不大于30μm的石墨烯材料分散后和云母混合得到混合液；
(2)所述混合液与大于30μm的石墨烯材料继续混合，得到所述混合浆料。
进一步优选地，所述混合浆料中石墨烯的质量浓度不高于10％，优选不高于7％。
为了达到更好的分散平衡体系，优选地，步骤(1)和步骤(2)中石墨烯材料的质量比为1:1-10。如可以为1:1、1:2、1:3、1:5、1:7、1:8、1:9、1:10等等。
石墨烯粒径越小越容易团聚，因此，为了使石墨烯与云母更好的混合均匀，本发明先将较小粒径的石墨烯用溶剂分散开，然后再与云母混合，这样，较小粒径的石墨烯较为均一的贴附在云母上。进一步地，所述分散通过添加溶剂、分散助剂和消泡剂进行。
优选地，所述溶剂为水。以水作为溶剂，环保无污染，并且不会对云母纸的制备工艺产生影响。
为了使石墨烯材料分散开来，优选地，所述分散助剂的添加量为所述石墨烯材料绝干重量的20％～100％，更优选为40％～100％，进一步优选为60％～100％；所述消泡剂的添加量为所述石墨烯材料绝干重量的0.1％～2％，优选为0.1％～1％，更优选为0.1％～0.5％。
进一步地，所述分散助剂为N-甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯月桂醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖中的一种或多种。这些分散助剂均对石墨烯达到很好的分散作用，并且，不影响制得的复合云母纸的性能。
进一步地，所述消泡剂为聚醚类消泡剂、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅、乳化硅油、高碳醇中的一种或多种。这些消泡剂均能对石墨烯浆料制备过程中产生的泡沫达到很好的消泡作用，并且，不影响制得的复合云母纸的性能。
进一步地，所述云母由面积为3～8mm2、厚度≤5mm的云母片经水力破碎、浮选、过滤分级后制得。此尺寸的云母片原料便于后续的水力破碎，尺寸过大水力破碎时无法将云母片原料很好地破碎，且会增加能耗。
压力小于5.5MPa很多云母片无法被破碎，会出现较大尺寸的云母片，不利于后期成纸；压力大于6.5MPa会产生较多小尺寸云母片，同样不利于成纸，因此，所述水力破碎的压力为5.5～6.5MPa，优选为5.8～6.0Mpa；
所述浮选为：将破碎后的云母片在倒梯形水槽中以10～12m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选。此浮选压力可以更好地将40目以上的较细云母片回收。
进一步地，所述混合是在转速1000～2000rpm的条件下保持1～2小时。该混合可采用高速搅拌机进行。
进一步地，所述热压采用三辊式热压机进行，热压工艺条件为：温度为280～380℃，线压力为120～300kN/m，辊速为2.0～5.0m/min，热压次数为1～2次。此热压温度有利于云母片层和石墨烯片层适当膨胀，在压力作用下被压合的更密实；线压力过小无法压实，过大影响辊压过程中走纸；辊速太快无法及时压实，辊速太慢影响走纸。
进一步地，所述保温为：在280～320℃温度下保温5～10min。该保温过程是为了释放云母纸中的热应力。
本发明中的云母可以为白云母、彩色云母、灵寿蛭石、云母大片、金云母、黑云母等等。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明创造性的将石墨烯添加到云母纸中，制得的复合云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.0～2.5W/m·K，此外石墨烯复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.80～0.90，解决了现有云母纸散热不佳的问题。
(2)本发明还进一步限定了石墨烯复合云母纸中的各成分含量，使石墨烯复合云母纸性能优良。
(3)本发明还进一步限定了石墨烯复合云母纸制备过程中的各参数，并通过逐步添加不同粒径的石墨烯材料，使得石墨烯在云母纸中分散更为均一，进而增加云母纸的散热性能更佳，整个制备方法简便，制得的石墨烯复合云母纸性能优良。
(4)本发明提供的石墨烯复合云母纸与普通的云母纸复合制备云母板，进而制备成云母电热膜，电热膜中的发热元件在工作时产生的热量可以快速通过石墨烯复合云母纸导出，并借助其中石墨烯将热量以红外辐射的形式快速地散发到周边环境中，从而起到使室内温度快速上升的目的。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为3mm2、厚度为5mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为5.8MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以10m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝1:6:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸20μm、厚度为5nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为30％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为N-甲基吡咯烷酮，消泡剂为聚醚类消泡剂；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在1000rpm，搅拌时间1小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸80μm、厚度为8nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为7％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:6；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.01％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为280℃，线压力为120kN/m，辊速为2.0m/min，热压次数为2次；
(g)热压后经过280℃的烘箱保温5min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为10％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为10～70μm、厚度为3～5nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.5W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.85。
实施例2
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为5mm2、厚度为4mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.4kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为6.0MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以12m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母片进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝2:5:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸25μm、厚度为7nm的还原氧化石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量80％和0.2％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1500rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为35％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为十二烷基苯磺酸钠和聚乙烯吡咯烷酮，消泡剂为聚二甲基硅氧烷；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在2000rpm，搅拌时间1.5小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸100μm、厚度为15nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为9％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:8；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.02％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为320℃，线压力为150kN/m，辊速为3.0m/min，热压次数为2次；
(g)热压后经过320℃的烘箱保温10min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为15％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为20～90μm、厚度为5～10nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到2.0W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.88。
实施例3
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为8mm2、厚度为3mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为6.5MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以10m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝3:4:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸为15μm、厚度为10nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量100％和1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为40％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为聚氧乙烯月桂醚、聚丙烯酰胺和聚乙二醇，消泡剂为聚醚改性有机硅；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在1000rpm，搅拌时间2小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸60μm、厚度为8nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为15％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:4；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.01％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为300℃，线压力为180kN/m，辊速为4.0m/min，热压次数为1次；
(g)热压后经过300℃的烘箱保温5min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为20％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为10～50μm、厚度为5～10nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到2.5W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.90。
实施例4
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为4mm2、厚度为1mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为5.5MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以10m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝2:5:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸为30μm、厚度为10nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量80％和0.5％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为35％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为甲基纤维素和羟甲基纤维素钠，消泡剂为乳化硅油；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在1500rpm，搅拌时间1小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸100μm、厚度为5nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为12％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:5；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.02％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为350℃，线压力为200kN/m，辊速为3.0m/min，热压次数为2次；
(g)热压后经过300℃的烘箱保温8min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为15％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为20～80μm、厚度为5～10nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.8W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.86。
实施例5
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为4mm2、厚度为1mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为5.5MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以12m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝2:5:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸为8μm、厚度为3nm的氧化石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量20％和1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为10％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为壳聚糖，消泡剂为高碳醇；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在2000rpm，搅拌时间1小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸为50μm、厚度为3nm的氧化石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中氧化石墨烯的质量浓度为3％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的氧化石墨烯的质量比为1:2；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.01％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为380℃，线压力为300kN/m，辊速为2.0m/min，热压次数为1次；
(g)热压后经过280℃的烘箱保温8min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为5％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为5～20μm、厚度为1～3nm。
其中，氧化石墨烯购自常州第六元素材料科技股份有限公司。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.2W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.85。
实施例6
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为4mm2、厚度为1mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为5.5MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以11m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝2:5:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸为50μm、厚度为10nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量40％和2％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为30％的生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为羟乙基纤维素，消泡剂为乳化硅油；
(d)将云母浆料和生物质石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在1500rpm，搅拌时间1.5小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸120μm、厚度为10nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为5％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:1；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.02％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为350℃，线压力为250kN/m，辊速为5.0m/min，热压次数为2次；
(g)热压后经过300℃的烘箱保温5min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为8％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为40～80μm、厚度为5～10nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到2.1W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.89。
实施例7
石墨烯复合云母纸的制备步骤如下：
(a)选取面积为4mm2、厚度为1mm的金云母片作为云母原料，清洗去除其中的泥沙、草屑等杂质；
(b)然后通过皮带传送机以0.3kg/min的速度通过云母纸制浆机在水压为5.5MPa的条件下将选取的云母原料打碎成云母粉，再经与制浆机连为一体的倒梯形水槽以10m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选，通过筛分仪对云母粉进行过滤分级后，按照≤20目；20～40目；≥40目＝2:5:3的粒级配比进行组合；
(c)选取径向尺寸为8μm、厚度为1nm的市售石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.5％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到质量浓度为35％的石墨烯浆料，其中，分散助剂为十六烷基三甲基溴化铵，消泡剂为乳化硅油；
(d)将云母浆料和石墨烯浆料通过高速搅拌机混合分散均匀，其中转速控制在2000rpm，搅拌时间2小时，得到混合液；
(e)混合液与径向尺寸80μm、厚度为2nm的生物质石墨烯采用步骤(d)的高速搅拌机的参数继续混合，得到混合浆料，制得的混合浆料中生物质石墨烯的质量浓度为11％，并且步骤(c)和步骤(e)添加的生物质石墨烯的质量比为1:10；
(f)将混合浆料上浆脱水成型，采用圆网纸机进行湿法抄造，上网浓度为0.03％；进行压榨、干燥和烘干后，采用三辊式热压机进行热压，温度为350℃，线压力为280kN/m，辊速为1.0m/min，热压次数为1次；
(g)热压后经过300℃的烘箱保温7min，复卷分切后包装即得石墨烯复合云母纸，其中，石墨烯的含量为8％，石墨烯的尺寸为：径向尺寸为5～80μm、厚度为1～2nm。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.9W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.88。
实施例8
石墨烯复合云母纸的制备步骤以及各原料的用量同实施例1，不同的是生物质石墨烯粉体的加入方式不同，具体如下:
取径向尺寸20μm、厚度为5nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后再加入径向尺寸80μm、厚度为8nm的生物质石墨烯粉体，继续分散，两次添加的质量比例为1:6，得到生物质石墨烯浆料；其中，分散助剂为N-甲基吡咯烷酮，消泡剂为聚醚类消泡剂；后续步骤同实施例1步骤(d)-(g)。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到0.7W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.75。
实施例9
石墨烯复合云母纸的制备步骤以及各原料的用量同实施例1，不同的是生物质石墨烯粉体的加入方式不同，具体如下:
同时将质量比为1:6的径向尺寸20μm、厚度为5nm的生物质石墨烯粉体和径向尺寸80μm、厚度为8nm的生物质石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为N-甲基吡咯烷酮，消泡剂为聚醚类消泡剂；后续步骤同实施例1步骤(d)-(g)。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到0.5W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率高达0.73。
实施例10
石墨烯复合云母纸的制备步骤以及各原料的用量同实施例1，不同的是只使用径向尺寸20μm、厚度为5nm的生物质石墨烯粉体，该石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为N-甲基吡咯烷酮，消泡剂为聚醚类消泡剂；后续步骤同实施例1步骤(d)-(g)。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到1.2W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率为0.75。
实施例11
石墨烯复合云母纸的制备步骤以及各原料的用量同实施例1，不同的是只使用径向尺寸80μm、厚度为8nm的生物质石墨烯粉体，该石墨烯粉体加入水中分散，再加入质量浓度分别为石墨烯粉体绝干总质量60％和0.1％的分散助剂和消泡剂，用球磨机在1000rpm的转速下解离分散均匀后得到生物质石墨烯浆料，其中，分散助剂为N-甲基吡咯烷酮，消泡剂为聚醚类消泡剂；后续步骤同实施例1步骤(d)-(g)。
制得的云母纸既保持了天然云母的化学惰性、不易燃性及柔软性等特征，同时使云母纸的热导率由原来的0.04W/m·K提高到0.5W/m·K，此外复合云母纸在红外线范围的热辐射发射率为0.75。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种石墨烯复合云母纸，其特征在于，主要由石墨烯材料和云母组成；
所述石墨烯复合云母纸中，所述石墨烯材料的质量百分含量为5％-20％；优选为8％-15％，更优选为10％-15％。
2.根据权利要求1所述的石墨烯复合云母纸，其特征在于，所述石墨烯材料包括石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯、生物质石墨烯及其衍生物的一种或多种；
优选地，所述石墨烯材料的尺寸为：径向尺寸为5～100μm、厚度为1～10nm；进一步优选为径向尺寸为10～90μm、厚度为3～10nm；尤其优选为径向尺寸为20～80μm、厚度为5～10nm。
3.根据权利要求1所述的石墨烯复合云母纸，其特征在于，所述云母为不同粒径云母粉的组合，按重量计，所述组合为：≤20目：20～40目：≥40目＝(1～3):(4～6):3。
4.权利要求1-3任一项所述的石墨烯复合云母纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)制得含有石墨烯材料和云母的混合浆料；
(b)将所述混合浆料脱水成型，然后进行圆网抄纸，烘干后经热压、保温即得所述石墨烯复合云母纸。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)具体为：
(1)将径向尺寸不大于30μm的石墨烯材料分散后和云母混合得到混合液；
(2)所述混合液与大于30μm的石墨烯材料继续混合，得到所述混合浆料；
优选地，所述混合浆料中石墨烯的质量浓度不高于10％，优选不高于7％；
优选地，步骤(1)和步骤(2)中石墨烯材料的质量比为1:1-10。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述分散通过添加溶剂、分散助剂和消泡剂进行，所述溶剂优选为水；
所述分散助剂的添加量为所述石墨烯材料绝干重量的20％～100％，优选为40％～100％，进一步优选为60％～100％；
所述分散助剂优选为N-甲基吡咯烷酮、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯月桂醚、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚乙二醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羟甲基纤维素钠、羟乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素、壳聚糖中的一种或多种；
所述消泡剂的添加量为所述石墨烯材料绝干重量的0.1％～2％，优选为0.1％～1％，更优选为0.1％～0.5％；
所述消泡剂优选为聚醚类消泡剂、聚二甲基硅氧烷、聚醚改性有机硅、乳化硅油、高碳醇中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述云母由面积为3～8mm2、厚度≤5mm的云母片经水力破碎、浮选、过滤分级后制得；
所述水力破碎的压力为5.5～6.5MPa，优选为5.8～6.0Mpa；
所述浮选为：将破碎后的云母片在倒梯形水槽中以10～12m3/h的压力进行水力浮选，再进行重力浮选。
8.根据权利要求5述的制备方法，其特征在于，所述混合均是在转速1000～2000rpm的条件下保持1～2小时。
9.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热压采用三辊式热压机进行，热压工艺条件为：温度为280～380℃，线压力为120～300kN/m，辊速为2.0～5.0m/min，热压次数为1～2次。
10.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述保温为：在280～320℃温度下保温5～10min。
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