[发明专利]一种用于3D打印的石墨烯微片复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯材料领域，具体涉及一种用于3D打印的石墨烯微片复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是继碳纳米管之后被发现的又一新型碳纳米材料，是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，是人们迄今发现的唯一一种由单层原子构成的材料，碳膜中碳原子之间由化学键连接成六角网络，由于碳原子之间的化学键由 sp2 杂化轨道组成，因此石墨烯很顽强，具备可弯折、导电性强、机械强度好、透光性好等其他新材料不具备的优良特性，这些特性使得石墨烯的制备方法一直以来备受关注。

石墨因为本来就具有可以剥离的层状构造，因此可以通过对石墨进行机械的强剪切进行剥离获得石墨烯。例如通常使用球磨、研钵等方法的强机械剪切来制备石墨烯。如中国发明专利申请号201510073825.0公开了一种吨级生产石墨烯的类机械剥离装置及其生产方法，其通过一个磨盘似的转子，转子转动时，转子的外表面与物料仓的内表面研磨，从而使得石墨被剥离减薄获得石墨烯。由于在强力的研磨过程中难以将已剥离的石墨烯及时分离出来，极易造成团聚。因此，在机械研磨过程中获得的石墨烯由于达到纳米级别，因此极易团聚和重叠，从而使石墨烯的层结构性能下降。从而影响石墨烯材料粉体的产业化应用。

为了实现快速剥离石墨烯，也可以通过氧化-还原法制备石墨烯材料粉体，然而用该种方法制备石墨烯材料粉体时，目的是把鳞片石墨深度氧化，在石墨片层均匀地接上各种含氧基团撑大石墨的层间距，然后超声波设备轻松剥离开石墨片层，最后加上化学物质还原制造出石墨烯。但是这样的方法做出来的石墨烯，强烈的氧化过程会造成石墨烯结构的大量缺陷，这些缺陷导致石墨烯性能的大幅度下降。另外氧化的石墨烯即使经过还原，石墨的片层结构的缺陷不能被修复。

即使采用上述方法机械剥离和氧化还原得到石墨烯，由于石墨烯片层之间依然有强烈的范德华力，干燥的时候或是后加工过程中，片层之间很容易二次重叠，从而抵消掉物理剥离过程的功效。因此，石墨烯难以量产以及达到纳米尺寸后难以分散储存等缺陷使石墨烯的应用受到一度受到阻碍。

鉴于此，石墨烯微片是解决石墨烯应用的最佳选择。石墨烯微片是一种类石墨烯材料，其片层平均厚度在15nm以内，并不符合严格要求的小于10层的石墨烯定义。但是保留了优异的机械强度、导电、导热性能。本发明旨在解决石墨烯微片的量产化以及分散性能，以达到在3D打印中的应用。

发明内容

针对目前石墨烯在3D打印中应用难以分散的缺陷，以及石墨烯的层容易重新重叠聚集的缺陷，本发明提出一种用于3D打印的石墨烯微片复合材料的制备方法。该方法先将石墨加热分散，通过冲击式超细粉碎机的转子带动的刀片对石墨进行反复的剪切、冲击，使石墨层剥离，经分级筛选后，合格物料经静电分散后，得到分散均匀、流动性好的用于3D打印的石墨烯微片复合材料。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于3D打印的石墨烯微片复合材料的制备方法，其特征在于：先将石墨粉加热分散，通过冲击式超细粉碎机的转子带动的刀片对石墨进行反复的剪切、冲击，使石墨粉碎剥离，经分级筛选后，合格物料经静电分散，得到层数在100层-300层分散均匀、流动性好的用于3D打印的石墨烯微片复合材料，具体方法如下：

（1）将重量份为90-100的石墨粉和重量份为0.5-2.0的分散剂在高速加热式混合机中加热分散，高速加热式混合机转速为300-500rpm，加热温度为80-110℃，加热分散时间为20-30min，得到混合物料；

（2）将步骤（1）得到的混合物料送入冲击式超细粉碎机中粉碎剥离，物料在气流带动下进入第一粉碎室并第一次粉碎剥离；在第一粉碎室内，高速回转第一级转子带动刀片对物料进行反复剪切、冲击，使物料粉碎剥离，合格细物料随气流进入第二粉碎室，不合格粗物料经旋转下料器返回第一粉碎室再次粉碎剥离，物料中难以粉碎的粒子和混入的杂质落入排渣螺旋自动排出机外；

（3）合格细物料随气流进入第二粉碎室并进一步精细粉碎剥离；在第二粉碎室内，高速回转第二级转子带动刀片对物料进行反复剪切、冲击，使物料进一步精细粉碎剥离，已薄片化高比表面积物料随气流和风扇送入涡轮分流机，不合格粗物料经旋转下料器返回第二粉碎室再次粉碎剥离，物料中难以粉碎的粒子和混入的杂质落入排渣螺旋自动排出机外；

（4）步骤（3）中已薄片化高比表面积物料随气流和风扇送入涡轮分流机后，通过涡轮分流机分级筛选，得到层数在100-300层的均匀的石墨烯微片；