CN111348863A - 一种石墨烯/石质复合板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯/石质复合板材及其制备方法。该复合板材以石质材料为主体，其中添加有石墨烯、稳定剂、粘结剂和固化剂；按照重量份计，该复合板材包含70‑87份的石质材料、0.01‑10份的石墨烯、5‑10份的稳定剂、8‑10份的粘结剂以及0.8‑1份的固化剂。通过在人造石质板材中添加石墨烯，以增加人造石质板材的力学性能、机械性能和热稳定性，由此解决现有技术的石质板材的力学性能、机械性能和热稳定性不佳的技术问题。

Description

一种石墨烯/石质复合板材及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯/石质复合板材及其制备方法。
背景技术
石质板材是一种高品质、高科技研究开发出来的新型复合板材，主要采用天然石材辅助以添加剂、稳定剂、固化剂构成高密度结构坚实的块状材料。具有环保、美观等特点，而且成本与价格相对稳定。其生产过程符合节能、减排和低碳的标准，并且可以消化大量的工业尾矿和建筑垃圾，应用推广前景广阔。现在已在家具、建材、装饰工作中普遍使用。目前传统的石质板材还存在力学性能、机械性能和热稳定性不佳的问题，因此还需要对其进行改进。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种石墨烯/石质复合板材及其制备方法，其通过在人造石质板材中添加石墨烯，以增加人造石质板材的力学性能、机械性能和热稳定性，由此解决现有技术的石质板材的力学性能、机械性能和热稳定性不佳的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种石墨烯/石质复合板材，其以石质材料为主体，其中添加有石墨烯、稳定剂、粘结剂和固化剂；
按照重量份计，该复合板材包含70-87份的石质材料、0.01-10份的石墨烯、5-10份的稳定剂、8-10份的粘结剂以及0.8-1份的固化剂。
优选地，所述石质材料为石英石、花岗岩和大理石中的一种或多种；所述石质材料为颗粒状，其颗粒大小为200-1200目。
优选地，所述石墨烯为单层石墨烯或寡层石墨烯。
优选地，所述稳定剂为钙盐、锌盐和铅盐中的一种或多种。
优选地，所述粘结剂为不饱和聚酯树脂。
优选地，所述固化剂为过氧化甲乙酮和/或过氧化苯甲酰。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的复合板材的制备方法，将该复合板材的各种原料混匀后通过机械压制成型，然后加热固化，获得所述石墨烯/石质复合板材。
优选地，加热固化温度为60-80℃。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
本发明通过在人造石质板材中添加石墨烯添加剂，利用石墨烯所独有的高比表面积、二维结构等特点，使得人造石质板材的机械性能以及热稳定性大大提高。
本发明将石墨烯添加至人造板材的混合原材料中，石墨烯由于具有高的比表面积，能够均匀的附着在石质颗粒表面，同时又能彼此互联形成三维的石墨烯网络，较小石质颗粒的存在，又可阻止石墨烯片层结构的团聚，从而使得石墨烯网络结构与石质颗粒的相互形成镶嵌、包覆的结构，此外，由于石墨烯本身具有良好的机械性能，因此石墨烯的添加可以有效的改善传统石质材料中压制过程后石质结构不紧密、石质颗粒之间存在微纳空间的问题，从而提高了复合板材的机械性能。本发明提供的石墨烯/石质复合板材冲击韧性、抗拉强度、抗压强度相对于未添加石墨烯的人造板材性能均有明显提升。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的石墨烯/石质复合板材的外观图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种石墨烯/石质复合板材，其以石质材料为主体，其中添加有石墨烯、稳定剂、粘结剂和固化剂。按照重量份计，该复合板材包含70-87份的石质材料、0.01-10份的石墨烯、5-10份的稳定剂、8-10份的粘结剂以及0.8-1份的固化剂。
本发明通过将石墨烯和石质材料复合制备人造复合板材，提高了复合板材的机械性能。
本发明所述石质材料可以为各种石质板材采用的石质材料，比如可以为石英石、花岗岩和大理石中的一种或多种；所述石质材料为颗粒状，其颗粒大小为200-1200目。
本发明所述复合板材中添加的石墨烯为具有二维结构、较大的比表面积以及较低密度的石墨烯材料，一些实施例中，所述石墨烯为单层石墨烯或寡层石墨烯。寡层石墨烯即为少层石墨烯，一般为2-4层。本发明所采用的石墨烯可以市购获得，也可以自行制备得到。
本发明所述稳定剂用于赋予填充剂(即所述的石质材料颗粒)良好的分散性，兼具增韧和促进熔融作用，促进塑化流动性。可采用人造石质板材中常规使用的稳定剂。比如一些实施例中，所述稳定剂为钙盐、锌盐和铅盐中的一种或多种。
本发明所述固化剂用于压制成型后、加热固化时各个原料组分之间相互交联成型。可采用人造板材领域常规的固化剂。一些实施例中，所述固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化苯甲酰中的一种或混合物。
本发明所述粘结剂可采用人造大理石等人造板材常用的粘结剂，比如不饱和聚酯树脂，该不饱和聚酯树脂可以为现有技术任一种不饱和聚酯树脂。该粘结剂与石质材料混合后，在固化剂作用下产生固化粘结作用。本发明实施例中采用的不饱和聚酯树脂可通过市购获得，也可自行制备得到。
本发明还提供了如上所述的复合板材的制备方法，将该复合板材的各种原料按照一定的配比混匀后通过机械压制成型，然后加热固化，获得所述石墨烯/石质复合板材。
一些实施例中，将各组分混合搅拌均匀，随后送至成型压机中机械压制成型，再送至固化炉进行固化，形成石墨烯复合石质板材。
一些实施例中，机械压制成型在成型压机中进行。
一些实施例中，加热固化温度为60-80℃。
本发明提供的石墨烯/石质复合板材，可以根据应用场景需求制备成各种厚度、图案和形状的人造复合板材。该人造板材产品能够广泛应用于建材、家具等领域。
以下为实施例：
实施例1：
按照质量配比为：600目石英石75重量份，寡层石墨烯5重量份，稳定剂碳酸氢钙10重量份，不饱和聚酯树脂10重量份，过氧化甲乙酮0.8份。取各原料混合均匀随后送至成型压机中机械压制成型，再送至固化炉加热至80℃，保温30分钟时间进行固化，形成石墨烯复合石质板材，如图1所示。
实施例2：
按照质量配比为：200目花岗石84重量份，寡层石墨烯3重量份，稳定剂碳酸氢钙5重量份，不饱和聚酯树脂8重量份，过氧化苯甲酰1重量份。取各原料混合均匀随后送至成型压机中机械压制成型，再送至固化炉进行固化，形成石墨烯复合石质板材。
实施例3：
按照质量配比为：1200目大理石石78重量份，寡层石墨烯4重量份，稳定剂碳酸氢钙8重量份，不饱和聚酯树脂10重量份，过氧化苯甲酰1重量份。取各原料混合均匀随后送至成型压机中机械压制成型，再送至固化炉进行固化，形成石墨烯复合石质板材。
对比例1
按照质量配比为：600目石英石80重量份，稳定剂碳酸氢钙10重量份，不饱和聚酯树脂10重量份，过氧化甲乙酮0.8份。取各原料混合均匀随后送至成型压机中机械压制成型，再送至固化炉加热至80℃，保温30分钟时间进行固化，形成石质板材。
如表1所示，实施例1制备得到的复合板材其机械性能，包括冲击韧性、抗拉强度、抗压强度分别为2.81kJ/m2，8.3Mpa，92Mpa，而对比例1制备得到的石质板材其性能分别为2.62kJ/m2，8.1Mpa，85Mpa。
表1
对照组(对比例1) 石墨烯/石质板材(实施例1)
冲击韧性 2.62kJ/m<sup>2</sup> 2.81kJ/m<sup>2</sup>
抗拉强度 8.1Mpa 8.3Mpa
抗压强度 85Mpa 92Mpa
可以证明当石墨烯引入后，其机械性能得到了明显增强，这主要由于石墨烯添加后与石质颗粒混合均匀，且石墨烯本身形成了三维网络，填补颗粒间隙空间的同时，与石墨烯本身良好的机械性能形成了协同效应、增强效应，从而提高了复合板材的机械性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种石墨烯/石质复合板材，其特征在于，其以石质材料为主体，其中添加有石墨烯、稳定剂、粘结剂和固化剂；
按照重量份计，该复合板材包含70-87份的石质材料、0.01-10份的石墨烯、5-10份的稳定剂、8-10份的粘结剂以及0.8-1份的固化剂。
2.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述石质材料为石英石、花岗岩和大理石中的一种或多种；所述石质材料为颗粒状，其颗粒大小为200-1200目。
3.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨烯或寡层石墨烯。
4.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述稳定剂为钙盐、锌盐和铅盐中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述粘结剂为不饱和聚酯树脂。
6.如权利要求1所述的复合板材，其特征在于，所述固化剂为过氧化甲乙酮和/或过氧化苯甲酰。
7.如权利要求1至6任一项所述的复合板材的制备方法，其特征在于，将该复合板材的各种原料混匀后通过机械压制成型，然后加热固化，获得所述石墨烯/石质复合板材。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，加热固化温度为60-80℃。
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