[发明专利]石墨烯增强的聚合物基质复合材料的无化学品式生产

权利要求书

1.一种直接从石墨材料生产石墨烯增强的聚合物基质复合材料的方法，所述方法包括：(a)在能量撞击装置的撞击室中将多个石墨材料颗粒和多个固体聚合物载体材料颗粒混合以形成混合物，其中所述撞击室不包括撞击球，并且其中所述能量撞击装置为振动球磨机、行星式球磨机、高能研磨机、篮式研磨机、搅拌式球磨机、低温球磨机、微球磨机、滚筒式球磨机、连续球磨机、加压球磨机、冷冻研磨机、振动筛、珠研磨机、超声均浆研磨机、离心行星式混合器、真空球磨机或共振声混合器；以及(b)以一定频率和强度将所述能量撞击装置操作小于2小时，使得所述石墨材料剥离石墨烯片并将所述石墨烯片转移到所述固体聚合物载体材料颗粒的表面以在所述撞击室内部产生石墨烯涂覆的或石墨烯嵌入的聚合物颗粒，并且从所述撞击室回收所述石墨烯涂覆的或石墨烯嵌入的聚合物颗粒，其中所述固体聚合物载体材料具有从1μm至10mm的厚度或直径。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤(c)：将所述石墨烯涂覆的或石墨烯嵌入的聚合物颗粒成形为石墨烯增强的聚合物基质复合材料。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述固体聚合物载体材料颗粒包括具有小于10mm直径或厚度的塑料或橡胶球体、纤维、圆盘、带或棒。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述直径或厚度为小于100μm。

5.如权利要求2所述的方法，其中所述步骤(c)包括熔化所述聚合物颗粒以形成在其中分散有石墨烯片的聚合物熔体混合物、将所述聚合物熔体混合物成形为期望的形状并且将所述形状固化成所述石墨烯增强的聚合物基质复合材料。

6.如权利要求2所述的方法，其中所述步骤(c)包括熔化所述聚合物颗粒以形成在其中分散有石墨烯片的聚合物熔体混合物并且将所述混合物挤出成棒状形式或片状形式、将所述混合物纺成纤维形式、将所述混合物喷成粉末形式、或者将所述混合物浇铸成铸锭形式。

7.如权利要求2所述的方法，其中所述步骤(c)包括将所述聚合物颗粒溶解在溶剂中以形成在其中分散有石墨烯片的聚合物溶液混合物并且将所述溶液混合物挤出成棒状形式或片状形式、将所述溶液混合物纺成纤维形式、将所述溶液混合物喷成粉末形式、或者将所述溶液混合物浇铸成铸锭形式，并且除去所述溶剂。

8.如权利要求7所述的方法，其中喷涂所述聚合物溶液混合物以产生纳米石墨烯增强的聚合物基质复合材料涂层。

9.如权利要求2所述的方法，其中所述步骤(c)包括将所述石墨烯涂覆的聚合物颗粒烧结成期望形状的所述石墨烯增强的聚合物基质复合材料，其中所述烧结在选择性激光烧结装置中发生。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯片含有单层石墨烯片。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯片含有原始石墨烯或化学改性石墨烯。

12.如权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯片含有具有按重量计小于5％氧含量的氧化石墨烯、具有按重量计小于5％氟的氟化石墨烯或具有按重量计不小于95％碳含量的石墨烯。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述撞击室进一步含有选自以下项的改性剂填料：碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纳米管、金属纳米线、金属颗粒、陶瓷颗粒、玻璃粉、碳颗粒、有机颗粒、或其组合。

14.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物选自热塑性聚合物、热固性树脂、半穿透网络聚合物、穿透网络聚合物、蜡、胶质或其组合。

15.如权利要求1所述的方法，其中所述聚合物选自橡胶、弹性体、胶黏剂或其组合。