[发明专利]钛基石墨烯高强度聚合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料这一技术领域，特别涉及到钛基石墨烯高强度聚合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳六元环组成的两维(2D)周期蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维(0D)的富勒烯(fullerene)，卷成一维(1D)的碳纳米管(carbon nano-tube，CNT)或者堆垛成三维(3D)的石墨(graphite)，因此石墨烯是构成其他石墨材料的基本单元。石墨烯的基本结构单元为有机材料中最稳定的苯六元环，是目前最理想的二维纳米材料。理想的石墨烯结构是平面六边形点阵，可以看作是一层被剥离的石墨分子，每个碳原子均为sp2杂化，并贡献剩余一个p轨道上的电子形成大π键，π电子可以自由移动，赋予石墨烯良好的导电性。二维石墨烯结构可以看是形成所有sp2杂化碳质材料的基本组成单元。

石墨烯及其相关应用技术是目前全球关注的热点，其具有独特的二维结构、高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性，被认为是最理想的复合材料增强相，相关课题的研究也成为复合材料领域的热点方向。近些年来，我国已越来越意识到新材料的重要作用，也因此制定了许多相关政策和规划，对新材料的支持力度很大。经过近二十年的发展，在新材料研究方面与欧美日等新材料世界强国相比，差距并不大。但在产业方面，面临的一个最重要问题是研究成果难以产业化发展。究其原因，是我国的工业化水平仍有待提高。工业基础、设备开发等与国外相比，仍有较大差距。这也是我国新材料产业目前发展的一个桎梏。想推动新材料快速发展，亟须提升我国新材料的工业化创新能力。以前我国工业大多是粗放型，随着经济社会的发展，对材料的要求也越来越精细与苛刻，新材料发展需要做好内功，做好精细化，才能抵御国外的竞争。石墨烯在半导体产业、光伏产业、锂离子电池、航天、军工、新一代显示器等传统领域和新兴领域都将带来革命性的技术进步。凭借其特殊的物理结构和特质，在多个领域都将带来革命性的变革，一旦量产完毕将成为下一个万亿级的产业。从现阶段看，目前尚未真正形成产业化，石墨烯售价非常高。但未来一到两年，有望在几个方面形成突破，一是利用导电性，有望在动力电池方面有所突破；二是利用导热性，在散热材料方面，如LED的散热板方面，有望突破；三是利用其耐腐蚀性，有望在涂料方面形成突破。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供钛基石墨烯高强度聚合材料的制备方法，该工艺利用超声分散技术将氧化石墨烯和金属钛基混合物制备成均匀溶液，然后将上述两种溶液与聚乙烯醇、二甲基硅油、聚氯乙烯、过氧化羟基异丙苯等多种聚合物真空精炼反应，然后压模，微波热处理，冰水浴冷却，干燥，得到钛基石墨烯高强度聚合材料。制备而成的钛基石墨烯高强度聚合材料，其硬度高、抗压抗拉能力好，具有较好的应用前景。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

钛基石墨烯高强度聚合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取氧化石墨烯10-15份，加入25份去离子水，进行超声分散；

(2)取二氧化钛2-4份、钛粉1-2份，加入10-15份无水乙醇，进行超声分散；

(3)将步骤(1)的石墨烯溶液和步骤(2)的金属钛混合物溶液按照体积比7:3混合，注入真空反应炉内加压加热反应，持续反应30min后，自然降压至常压后依次加入聚乙烯醇2-5份、二甲基硅油1-3份、聚氯乙烯2-5份、过氧化羟基异丙苯1-2份，混合均与后再次升温至1050-1100℃，保温反应60-90min；

(4)将步骤(3)所得高温反应液注入模具压模，模具放入微波加热箱内再次加热反应；

(5)将步骤(4)所得到的模具放入冰水混合物中降温，用0.5％的盐酸溶液冲洗脱模，去离子水洗涤三遍，90℃烘箱内干燥，即得成品。

优选地，所述步骤(1)和步骤(2)中的超声功率为250KW，超声时间为60-90min。

优选地，所述步骤(3)中的加压加热参数为650-800℃，12-15MPa。

优选地，所述步骤(4)中的微波加热反应条件为微波功率60KW，微波时间20-30min。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：

(1)本发明的钛基石墨烯高强度聚合材料的制备方法利用超声分散技术将氧化石墨烯和金属钛基混合物制备成均匀溶液，然后将上述两种溶液与聚乙烯醇、二甲基硅油、聚氯乙烯、过氧化羟基异丙苯等多种聚合物真空精炼反应，然后压模，微波热处理，冰水浴冷却，干燥，得到钛基石墨烯高强度聚合材料。制备而成的钛基石墨烯高强度聚合材料，其硬度高、抗压抗拉能力好，具有较好的应用前景。