[发明专利]一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法

权利要求书

1.一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法是按照以下步骤进行：

一、将连续纤维增强无机聚合物基复合材料和氧化石墨烯溶液在0℃的条件下混合并机械搅拌20min～30min，得到打印墨水；所述的氧化石墨烯溶液的浓度为0.5wt％～4wt％；所述的氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯与连续纤维增强无机聚合物基复合材料的质量比为1:(26～250)；

所述的氧化石墨烯溶液的制备方法如下:

①、将100g石墨片、540mL的浓硫酸和70mL的硝酸均匀混合后以200r/min的速度在室温下搅拌24h，用去离子水抽滤洗涤三次，取固体，然后在温度为60℃的条件下干燥24h，得到石墨层间化合物；所述的硝酸的质量浓度为69％；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的石墨片为50目石墨片；

②、将石墨层间化合物在温度为1050℃的条件下保温15s，得到膨胀石墨；

③、将1g的膨胀石墨、200mL的浓硫酸和10g的高锰酸钾在三颈烧瓶中常温混合均匀，然后缓慢加入250mL的双氧水溶液，待溶液由黄绿色变为亮黄色后继续搅拌30min，用盐酸水溶液抽滤洗涤3遍，得固体，将固体放入透析袋中密封；所述的浓硫酸的质量浓度为95.5％；所述的双氧水溶液的浓度是7.5％；所述的盐酸水溶液的质量浓度围为9.5％～10.5％；

④、将步骤③中的透析袋放置在去离子水中静置5天～7天，测量去离子水的pH值；

⑤若步骤④测量的pH不是5～6，则更换去离子水，重复步骤④至测量的去离子水pH为5～6，即在透析袋中得到氧化石墨烯溶液；

二、3D打印：使用3D打印机将步骤二得到的打印墨水打印出3维构件；

三、固化：将步骤三得到的3维构件放在培养皿中密封，然后在温度为15℃～20℃的条件下固化12h～24h；

四、热处理：将步骤三固化后的构件从培养皿中取出，然后在惰性气体保护下进行高温处理，高温处理的温度为550℃～1000℃，高温处理的时间为30min～100min，即得到导电石墨烯/无机聚合物复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于步骤一中所述的连续纤维增强无机聚合物基复合材料的制备方法如下：

1)、高岭土在700～800℃条件下煅烧1.5～2.5h得到偏高岭土；

2)、偏高岭土与质量浓度为46～62％的硅酸盐溶液按照重量比为1：1.5～5.5的比例混合制得无机聚合物基体，然后向无机聚合物基体中加入陶瓷颗粒混合得到无机聚合物配合料，其中无机聚合物基体与陶瓷颗粒重量比为1：0.1～1；所述硅酸盐溶液中的硅酸盐为硅酸钾、硅酸钠或硅酸铯；所述的陶瓷颗粒为氧化硅、氧化铝、氧化锆、硼化锆、莫来石、碳化硅或氮化硅，且陶瓷颗粒的直径为0.5mm～5mm；

3)、将连续纤维单向织物加入到无机聚合物配合料中超声振荡5～12min，超声振荡的频率为15～50KHz，即制得预浸料；所述的连续纤维为碳纤维、碳化硅纤维、钢纤维或氧化铝纤维；

4)、将步骤三预浸料铺设在模具中，在50～90℃条件下固化20～120min；

5)、将步骤四产物在真空或者惰性气体保护下进行高温处理，处理温度为800～1300℃，处理时间为30～120min，即得到连续纤维增强无机聚合物基复合材料。

3.根据权利要求1所述的一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述的3维构件的形状为圆筒、网状、三角形蜂窝或矩形蜂窝。

4.根据权利要求1所述的一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述的3D打印的气压为5psi～80psi，3D打印的针头内径为0.06mm～1.55mm，3D打印的针头材质为PE塑料、金属针头或PP挠性针头。

5.根据权利要求1所述的一种使用3D打印技术制备导电石墨烯/无机聚合物复合材料的方法，其特征在于步骤二中所述的3D打印的方式为挤出式打印。