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CN111960722A - 均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料及制备方法 - Google Patents

均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料及制备方法，所述材料包括石墨粉体和合成树脂，所述石墨粉体为均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉及碳纤维粉和/或碳化硅粉组合物，所述合成树脂选自共混或单种的酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、乙烯基树脂。本发明制备的石墨管相比于常规石墨管，其导热系数得到明显提高，可达到90W/m.K，抗压、抗拉、抗弯强度可达到150MPa、45 MPa、80 MPa，相比于未改性的石墨管性能的导热系数和力学性能，大幅提升50%以上。

Description

均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种石墨管材料及制备方法。
背景技术
石墨烯（graphene）,是sp2碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，可以看作是石墨的基本单元。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，在结构上与石墨烯有着同样的六元环结构，且表面具有丰富的含氧官能团，在水等溶剂中具有良好的分散性，也能改善其与石墨粉的界面融合性。因其具有比表面积大、力学性能好和导热率高等特点而成为当今最受关注的材料之一，为复合材料在化工领域带来了新的希望。
氧化石墨烯和石墨粉都具有良好的导热性能，但是两种材料由于结构不同，其导热原理也存在较大差异。氧化石墨烯和石墨粉均为导热性能优异的碳材料，为了进一步增强不同材料的优点，本发明将氧化石墨烯和石墨粉结合，制备出一种性能优于任何单一材料的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。
国内普遍使用的石墨管由酚醛树脂和石墨粉经过热挤压形成，供石墨行业安装使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种导热性能和力学性能高的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料及制备方法。
本发明的技术解决方案是：
一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料，其特征是：所述材料包括石墨粉体和合成树脂，所述石墨粉体为均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉及碳纤维粉和/或碳化硅粉组合物，所述合成树脂选自共混或单种的酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、乙烯基树脂。
所述的石墨粉体中，石墨粉、碳纤维粉与碳化硅粉的质量比为80~95：10~5：10~0。
所述的石墨粉体与合成树脂的质量比为70~90：30~10。
所述的石墨粉体的粒径为0.08~2mm。
一种所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料的制备方法，其特征是：包括：
1）将石墨粉及碳纤维粉和/或碳化硅粉混合于水中，以湿法研磨分散得到第一分散液；
2）将氧化石墨烯水分散液与所述第一分散液搅拌混合后，以湿法研磨分散得到第二分散液；
3）将所述第二分散液干燥制得均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉体；
4）将所述均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉料与合成树脂用混捏机处理制得石墨管制备料。
5）将所述石墨管制备料用挤压成型机挤出向前牵引石墨管材料；
6）最后进行热处理制得所述均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。
步骤1）中石墨粉与水的质量比为10~30 : 90~70。
在步骤1）中，湿法研磨分散时间为60~180分钟；在步骤2）中，氧化石墨烯水分散液浓度为1mg/ml ~10 mg/ml；步骤2）中，湿法研磨分散时间为30~90分钟；步骤2）中，在所述第二分散液中氧化石墨烯与石墨粉的质量比为1~3 : 99~97；步骤4）中，处理温度为40~100℃，处理时间为40~160分钟；步骤5）中，在所述挤压成型机规定压力为0.6-1.8MPa ，规定温度为130~190℃。
在步骤5）中，热处理温度为200~400℃、热处理时间为360~720分钟。
本发明制备的石墨管相比于常规石墨管，其导热系数得到明显提高，可达到90W/m.K，抗压、抗拉、抗弯强度可达到150MPa、45 MPa、80 MPa，相比于未改性的石墨管性能的导热系数和力学性能，大幅提升50%以上。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1：
一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管，材料选用石墨粉体和酚醛树脂，石墨粉体和酚醛树脂质量比为82.6：17.4。石墨粉体包括均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料及碳纤维粉，石墨粉料与碳纤维粉质量比为92：8。
制备方法如下：
将石墨粉及碳纤维粉混合于水中（石墨粉与水质量比25：75），以湿法研磨（时间180分钟）分散得到第一分散液，
将氧化石墨烯水分散液（浓度1mg/ml）与第一分散液搅拌混合后，以湿法研磨（时间60分钟）分散得到第二分散液，
将第二分散液干燥制得均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料，其中氧化石墨烯与石墨粉的质量比为2.5 : 97.5。
将均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料与酚醛树脂用混捏机制得石墨管制备料，混捏温度为85℃，时间为80分钟。
将石墨管制备料用挤压成型机挤出向前牵引石墨管材料，挤压成型压力为1.2MPa，温度为180℃。
最后进行热处理制得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。热处理温度为300℃，规定时间为360分钟。
测得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材，导热系数为80 W/m.K。抗压、抗拉、抗弯强度分别达到132MPa, 40MPa,75 MPa。
实施例2：
一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管，材料选用石墨粉体和酚醛树脂，石墨粉体和酚醛树脂质量比为82.6：17.4。石墨粉体包括均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料、碳纤维粉、碳化硅粉，石墨粉料与碳纤维粉质量比为92：8。
制备方法如下：
将石墨粉、碳纤维粉、碳化硅粉混合于水中（石墨粉与水质量比25：75），以湿法研磨（时间180分钟）分散得到第一分散液，
将氧化石墨烯水分散液（浓度1mg/ml）与第一分散液搅拌混合后，以湿法研磨（时间60分钟）分散得到第二分散液，
将第二分散液干燥制得均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料，其中氧化石墨烯与石墨粉的质量比为2.5 : 97.5。
将均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料与酚醛树脂用混捏机制得石墨管制备料，混捏温度为85℃，时间为80分钟。
将石墨管制备料用挤压成型机挤出向前牵引石墨管材料，挤压成型压力为1.2MPa，温度为180℃。
最后进行热处理制得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。热处理温度为300℃，规定时间为360分钟。
测得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材，导热系数为90 W/m.K。抗压、抗拉、抗弯强度分别达到150MPa, 45MPa,80 MPa。
实施例3：
一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管，材料选用均匀分散氧化石墨烯的石墨粉和酚醛树脂，质量比76：24。制备方法如下：
将石墨粉混合于水中（石墨粉与水质量比25：75），以湿法研磨（时间180分钟）分散得到第一分散液。
将氧化石墨烯水分散液（浓度1mg/ml）与第一分散液搅拌混合后，以湿法研磨（时间60分钟）分散得到第二分散液，
将第二分散液干燥制得均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料，其中氧化石墨烯与石墨粉的质量比为2.5 : 97.5。
将均匀分散氧化石墨烯的石墨粉料与酚醛树脂用混捏机制得石墨管制备料,混捏温度为85℃，时间为80分钟。
将石墨管制备料用挤压成型机挤出向前牵引石墨管材料。挤压成型压力为1.2MPa，温度为180℃。
最后进行热处理制得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。热处理温度为300℃，规定时间为360分钟。
测得均匀分散氧化石墨烯的石墨管材，导热系数为62 W/m.K。抗压、抗拉、抗弯强度分别达到126MPa, 38MPa,71 MPa。

Claims (8)

1.一种均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料，其特征是：所述材料包括石墨粉体和合成树脂，所述石墨粉体为均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉及碳纤维粉和/或碳化硅粉组合物，所述合成树脂选自共混或单种的酚醛树脂、呋喃树脂、环氧树脂、乙烯基树脂。
2.根据权利要求1所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料，其特征是：所述的石墨粉体中，石墨粉、碳纤维粉与碳化硅粉的质量比为80~95：10~5：10~0。
3.根据权利要求1所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料，其特征是：所述的石墨粉体与合成树脂的质量比为70~90：30~10。
4.根据权利要求1、2或3所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料，其特征是：所述的石墨粉体的粒径为0.08~2mm。
5.一种权利要求1所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料的制备方法，其特征是：包括：
1）将石墨粉及碳纤维粉和/或碳化硅粉混合于水中，以湿法研磨分散得到第一分散液；
2）将氧化石墨烯水分散液与所述第一分散液搅拌混合后，以湿法研磨分散得到第二分散液；
3）将所述第二分散液干燥制得均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉体；
4）将所述均匀分散了氧化石墨烯的石墨粉料与合成树脂用混捏机处理制得石墨管制备料；
5）将所述石墨管制备料用挤压成型机挤出向前牵引石墨管材料；
6）最后进行热处理制得所述均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料。
6. 根据权利要求5所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料的制备方法，其特征是：步骤1）中石墨粉与水的质量比为10~30 : 90~70。
7. 根据权利要求5所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料的制备方法，其特征是：在步骤1）中，湿法研磨分散时间为60~180分钟；在步骤2）中，氧化石墨烯水分散液浓度为1mg/ml ~10 mg/ml；步骤2）中，湿法研磨分散时间为30~90分钟；步骤2）中，在所述第二分散液中氧化石墨烯与石墨粉的质量比为1~3 : 99~97；步骤4）中，处理温度为40~100℃，处理时间为40~160分钟；步骤5）中，在所述挤压成型机规定压力为0.6-1.8MPa ，规定温度为130~190℃。
8.根据权利要求5所述的均匀分散氧化石墨烯的石墨管材料的制备方法，其特征是：在步骤5）中，热处理温度为200~400℃、热处理时间为360~720分钟。
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