[发明专利]一种石墨烯-水泥基高导热复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯‑水泥基高导热复合材料，所述复合材料的组成包括硅酸盐水泥、酚醛树脂、硅烷偶联剂、石墨烯、分散剂、乙醇和水。本发明还提供所述石墨烯‑水泥基高导热复合材料的制备方法，其制备方法为：先用酚醛树脂改性硅酸盐水泥制备改性水泥粉体，再用硅烷偶联剂改性石墨烯制备改性石墨烯粉体，然后采用高能球磨机将二者球磨混合，加入分散剂，最后将其热压成型即可制得石墨烯‑水泥基高导热复合材料。制备的复合材料导热性能优异，可适用于多功能建筑材料领域。

技术领域

本发明属于多功能建筑材料领域，具体涉及一种石墨烯-水泥基高导热复合材料及其制备方法。

背景技术

MDF(macro defect free)水泥是20世纪80年代初发展出来的一种新型水泥材料。这种材料的制备工艺是：在低水灰比的条件下，将水泥和少量聚合物通过剪切搅拌、热压成型和干热养护即制得MDF水泥。通过这种方法制备的水泥制品，相较于普通水泥制品，其结构十分致密，孔隙率低并且孔径小，从而导致其具有很高的抗折强度、断裂韧性，良好的电磁、低温、升学、耐热、耐腐蚀和抗渗性能。但是，目前MDF水泥的研究多集中于水泥力学性能等方面，关于其多功能方面的文献研究和专利报道仍然匮乏。

石墨烯(graphene)是碳元素的一种二维同素异形体，其独特的二维蜂窝状排列结构使其具有很多优异的性能，如高导热性，高导电性，奇特的光学和力学性能等。利用石墨烯作为填料，可提高水泥基等复合材料的综合性能。现有技术已经有了利用石墨烯提高水泥性能的探索，如公开号CN103130436A(公开日2013年6月5日)、公开号CN104628294A(公开日2015年5月20日)、公开号CN105731933A(公开日2016年7月6日)等采用石墨烯的前驱体-氧化石墨烯，加入到水泥里面，达到了减水率高、初期流动性好、制备的复合材料力学性能优异的目的；公开号CN103130466A(公开日2013年6月5日)采用高速机械剪切减薄石墨的方法，将石墨烯原位分散于水泥基体，制备方法简单，操作方便。在多功能使用领域，公开号CN103274646A(公开日2013年9月4日)和公开号CN104446716A(公开日2015年3月25)发明的氧化石墨烯水泥基复合材料传感器，可嵌入工程结构中的监测部位，测定监测部位的变化情况；公开号CN105405676A(公开日2016年3月16日)更是发明了一种石墨烯水泥基新型结构超级电容器，可应用于建筑储能等相关领域，有望实现建筑-储能结构功能一体化。

尽管上述制备方法制备出的石墨烯-水泥基复合材料性能不错，但是主要多集中使用石墨烯的氧化物-氧化石墨烯作为填料，并且开发出来的性能比较单一；此外，石墨烯作为一种惰性物质，不像氧化石墨烯那样会与基体材料发生化学反应，难以与基体材料紧密结合，并且其在复合材料中的均匀分散什么困难。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种石墨烯-水泥基复合材料，并提供了该复合材料的制备方法，通过本方法使得制备的石墨烯-水泥基复合材料具有高致密性，高热导性。

技术方案：本发明使用硅烷偶联剂改性石墨烯，使用球磨混合提高石墨烯在水泥中的分散性，采用热压成型工艺，提供了一种高致密性、高导热石墨烯-水泥基复合材料，并提供了该复合材料的制备方法。

具体的，本复合材料的主要原料包括：硅酸盐水泥、酚醛树脂、硅烷偶联剂、石墨烯、分散剂、乙醇和水；以硅酸盐水泥质量为100％，除硅烷偶联剂和水外，其他各组分所占硅酸盐水泥质量百分比为：酚醛树脂0.5％～5％、石墨烯0.1％～10％、乙醇30％～40％。

所述的酚醛树脂为醇溶性酚醛树脂，例如KH-550、KH-560、KH-570。所述的硅烷偶联剂为KH-550硅烷偶联剂。

本发明还提供了上述复合材料的制备方法：用乙醇将酚醛树脂完全溶解，作为改性剂，对硅酸盐水泥进行改性；再利用硅烷偶联剂对石墨烯进行改性，得到改性石墨烯；然后将二者球磨混合，热压成型，先于湿润环境中养护，再浸泡于水中，并在自然条件下养护至期龄。