[发明专利]一种通过拉伸制备石墨烯/玻璃纤维增强母料的方法

说明书

本发明属于石墨烯复合材料的制备技术领域，提供了一种通过拉伸制备石墨烯/玻璃纤维增强母料的方法。将石墨氧化处理后与玻璃纤维连接，进一步还原，通过辅助高分子聚合物在偏心密炼机转子中的拉伸作用下，使得玻璃纤维在拉伸力的作用下定向分布，玻璃纤维附着的石墨被拉伸剥离为石墨烯并与随玻璃纤维的拉伸方向原位分散开来。其显著的作用是石墨烯的强大界面赋予了玻璃纤维强度和韧性，同时石墨烯在高分子聚合物中分散均匀，对高分子的缠绕增强功能明显。获得的石墨烯/玻璃纤维增强母料相比于传统玻璃纤维增强母料大幅提升了增强效果。

技术领域

本发明涉及石墨烯应用领域，尤其是涉及一种通过拉伸制备石墨烯/玻璃纤维增强母料的方法。

背景技术

自从石墨烯单层结构被诺沃肖洛夫等人在2004年首次剥离之后，有关石墨烯及其应用特性的研究在多个领域得到了广泛发展。石墨烯是sp2杂化碳原子形成的厚度仅为单原子层，排列成二维六角网格状的晶体。当施加外部机械力时，碳原子层就会弯曲变形来适应外力，而不必使碳原子重新排列，这样就保持了结构的稳定。石墨烯中的电子在二维六角网格中运动时，不会因晶格缺陷或掺杂原子而发生散射。由于原子间相互作用力较强，即使在常温下周围碳原子间发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。石墨烯具有许多优异的性质，如理论上理想的单层石墨烯的比表面积达2630 m² /g，而厚度仅为0.35 nm；理想情况下，电子在石墨烯上的运动速度远超过在一般导体中的运动速度，达到了光速的1/300；石墨烯的拉伸模量和力学强度分别可达1000和130GPa，是目前已知最高的，为钢的100多倍。石墨烯的制备方法主要有机械剥离法，晶体外延法，化学气相沉积法，插层剥离法以及采用氧化石墨烯的高温脱氧和化学还原法等

与碳纳米管类似，石墨烯很难作为单一原料生产某种产品，而主要是利用其突出特性与其它材料体系进行复合。从而获得具有优异性能的新型复合材料。为了在各种应用中进一步发掘这些性质，研究人员对石墨烯及石墨烯基复合材料的合成进行了多种合成路径的开发。迄今为止，石墨烯已经被成功地与无机纳米结构、有机晶体、聚合物、金属有机框架结构、生物材料、碳纳米管等材料复合，并在电池、超级电容器、燃料电池、光催化、传感、增强等领域得到了广泛的研究。

其中，由于石墨烯具有高强度、高导电率、高比表面积，用其对聚合物材料进行改性有望得到高性能的聚合物基复合材料，使复合材料具有高导电率、高强度、高热稳定性并具有一定的阻燃性，进一步扩大聚合物材料的应用范围。聚合物与石墨烯之间的相互作用取决于聚合物、石墨烯和溶剂的极性、分子量、疏水性和反应基团等。

在将石墨烯优异的机械性能应用到复合材料的研究中，如将石墨烯加入聚合物复合材料，由于石墨烯难以分散，直接在聚合物中添加石墨烯，难以发挥其性能，同时造成石墨烯的浪费。而通过将石墨烯预制成母料再应用的研究时，也因石墨烯在有机物中难以分散等特点，想要将石墨烯分散在载体聚合物中形成母料较为困难的。

发明内容

针对以上情况，本发明提供一种通过拉伸制备石墨烯/玻璃纤维增强母料的方法，利用玻璃纤维在塑料中应用成熟的特性，将石墨与玻璃纤维预复合，通过与高分子材料形成热塑体后，利用偏心密炼机，使得物料间产生拉伸流变，在拉伸流变过程玻璃纤维拉伸梳理为定向分布，石墨被原位拉伸剥离为石墨烯，石墨烯通过玻璃纤维的定向分布均匀原位分散于高分子聚合物中散形成石墨烯/玻璃纤维增强母料。该方法有效克服了石墨烯直接与玻璃纤维混合难以有效分散的缺陷，实现了石墨烯对玻璃纤维的进一步增强，其制备的增强母料较佳的使玻璃纤维和石墨烯的增强功能得到充分的发挥。

为实现上述目的，本发明涉及的具体技术方案如下：