[发明专利]一种含有石墨烯的高弹模量复合材料及其制备方法

说明书

一种含有石墨烯的高弹模量复合材料的制备装置，包括：旋涂机底座(1)、聚碳酸酯预制件(2)、大烧杯(3)、密闭通风橱(4)、抽气机(5)、出气管(6)；所述旋涂机底座上具有一旋涂机托盘(7)，托盘侧部不与底座接触；所述旋涂机底座能够以0.5‑5转/s的速度带动旋涂机托盘(7)转动；所述聚碳酸酯预制件(2)具备下开槽和上开槽，分别具有上开槽橡胶圈(8)和下开槽橡胶圈(9)；还具有利用其进行制备的方法，以及制得的复合材料。

技术领域

本发明涉及含有石墨烯的复合材料技术领域，具体为一种含有石墨烯的高弹模量复合材料及其制备方法，及其配套装置。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子组成的只有一个原子厚度的二维材料，具有十分优异的物理化学性能，如优异的力学性能、高的导电性和良好的导热性能等，被认为是当今最具有潜力的纳米材料之一。作为一种一维碳纳米材料，碳纳米纤维具有良好的力学性能、较大的比表面积和良好的化学稳定性等优点，这些特殊性质使其广泛应用于催化剂载体、高分子纳米复合材料、能量转换与储存器件的柔性基底材料等领域。以石墨烯微片为例，其不但自身具备较好的物性性能、电学性能，而且与其他材料复合可以进一步提升其他材料的性能。

石墨烯的一大问题是介电常数低，单独的储电能力不足，现有技术论文《高介电常数聚轮烷弹性体基复合材料的制备及性能研究》中提出了初步的HyPR-PCL与石墨烯复合的方法，通过共混交联得到了复合材料。我们重复了该试验，发现该方法制得的复合材料的韧性严重不足，力学性能虽然有所提升，但是仍然不能满足要求，从其电镜照片中可以看出，这是由于石墨烯在其中含量较少，且石墨烯碎片尺寸过小，在韧性方面提供的增益不足导致的。如此添加石墨烯的复合薄膜，与纯HDI薄膜相比，石墨烯最多的含量也就在1.69％左右，这是相对比纯HDI薄膜弹性模量只不过增加了四倍，并没有体现出较好的力学性能。

现有技术中，对于聚合物纤维和石墨烯复合时如何在平行于膜方向上显著地提升力学性能，没有进行研究和分析，而单纯使得石墨烯和聚合物纤维如PCL混合均匀，对于力学性能的提升并无助益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种良好的复合材料，以解决现有的技术的PCL/石墨烯复合材料的力学性能不足，弹性模量数值低，不能满足电学器件的制作要求，良好性能无从发挥的缺陷。相对于现有技术，本发明通过在PCL和特定大尺寸的石墨烯微片进行混合，利用大径向尺寸的石墨烯微片的大薄片特性，通过旋转作用力使得石墨烯微片在复合材料膜中体现出更强的垂直Z轴的取向性，即石墨烯微片更多地采垂直Z轴的取向性，使得膜层的横向力学性能得到了明显提高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种含有石墨烯的高弹模量复合材料的制备装置，包括：旋涂机底座、聚碳酸酯预制件、大烧杯、密闭通风橱、抽气机、出气管。

所述旋涂机底座上具有一旋涂机托盘，所述旋涂机托盘在侧部不与旋涂机底座接触；所述旋涂机底座能够以0.5-5转/s的速度带动旋涂机托盘转动；所述聚碳酸酯预制件使用模具制备，具备下开槽和上开槽，下开槽可以与旋涂机托盘紧密配合，上开槽可以与大烧杯紧密配合，上开槽内侧侧方具有上开槽橡胶圈，下开槽内侧侧方具有下开槽橡胶圈；所述密闭通风橱能够密闭，且具有可开闭的柜门，且具有可开闭的进气口和内部压力表，所述旋涂机底座的电源线自所述密闭通风橱的侧下方以不漏气的方式引出。

前述的含有石墨烯的高弹模量复合材料的制备装置，其特征在于：所述抽气机具有显示面板，用于显示当前开启与否以及抽出气体的流量；所述内部压力表的显示部分在密闭通风橱外部可观察到；所述聚碳酸酯预制件的材质为硬质且韧性较强的聚碳酸酯；所述出气管的材质为透明的环氧树脂；所述大烧杯的材质为玻璃，容量在200-500ml之间；所述上开槽橡胶圈和下开槽橡胶圈的材质为耐刮擦的热硫化丁基橡胶，表面平滑；所述抽气机有若干档位，抽气风量在0.5-5L/min之间，通过交流电转换的12V直流电供电。

一种含有石墨烯的高弹模量复合材料的制备方法，其利用如前所述的一种含有石墨烯的高弹模量复合材料的制备装置以实施，其特征在于，包括以下步骤。