一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料及其制备方法，它涉及一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料及其制备方法。本发明专利技术是要解决现有铝硅酸盐聚合物机械性能低、韧性差和直接加入石墨烯粉末团聚分散性差的问题。利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料是由氧化石墨烯悬浮液、碱激发溶液及铝硅酸盐粉体制备而成；方法：一、氧化石墨烯悬浮液的制备；二、碱激发溶液的制备；三、氧化石墨烯/碱激发混合液的配制；四、石墨烯/铝硅酸盐聚合物浆料的配制；五、固化成型。本发明专利技术用于制备石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料。该制备方法简便，成本低，可大规模制备，适用广泛。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。
技术介绍
铝硅酸盐聚合物材料绿色环保、制备温度低、工艺简单、能耗低，而且具有密度低、成本低、耐高温、耐热、并且阻燃性能好等优点，广泛应用在建筑和航空领域。然而，同传统的水泥相比，其本身固有的脆性、韧性差、机械强度低等因素严重限制了其应用范围。目前制备铝硅酸盐聚合物基复合材料主要集中在颗粒和纤维增强两种形式，本研宄组均已取得相关成果。但是，已有的纤维增强体中，纤维与基体界面单纯的机械结合没有从纳米尺度改变其结合本质，高温处理后纤维与基体界面热膨胀系数的不匹配性又限制了其整体效果与应用条件；颗粒增强相与基体结合状态良好，但是需要颗粒分散均匀。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化连接形成的单原子层二维晶体，具有优异的力学和电学性能，作为纳米增强体而广泛应用于陶瓷和树脂基复合材料中。相比于石墨烯，氧化石墨烯表面含有大量的含氧基团表现出较强的亲水性并易分散在水性介质中，具有良好的润湿性能和表面活性，在特定环境可以被还原为石墨烯，具有工艺稳定、易加工、成本低等一系列优点。将氧化石墨烯应用在复合材料中，在改善材料的热学、电学、力学等综合性能方面发挥了非常重要的作用。目前经验表明，将石墨烯直接添加于铝硅酸盐聚合物的过程中存在石墨烯团聚、分散性差的缺点；而将氧化石墨烯添加于铝硅酸盐聚合物中的研宄报道较少。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有铝硅酸盐聚合物机械性能低、韧性差和直接加入石墨烯粉末团聚分散性差的问题，而提供。本专利技术一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料由氧化石墨烯悬浮液、碱激发溶液和铝硅酸盐粉体制备而成；所述氧化石墨烯悬浮液由氧化石墨烯粉末与去离子水混合而成；所述氧化石墨烯粉末的质量与去离子水的体积比为(I?20)mg:1mL ；所述碱激发溶液由氢氧化钾与质量浓度为25%?45%的硅溶胶混合而成；所述氢氧化钾中钾元素与质量浓度为25%?45%的硅溶胶中硅元素的摩尔比为1: (0.5?1.5)；所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯粉末和铝硅酸盐粉体的质量比为(0.01 ?0.15):100 ；所述铝硅酸盐粉体中硅元素与铝元素的摩尔比为1:1 ;所述利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料中硅元素与铝元素的摩尔比为(I?4):1。本专利技术一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料的制备方法是按以下步骤进行:一、氧化石墨烯悬浮液的制备:将氧化石墨烯粉末超声分散于去离子水中，超声处理2h?6h，得到棕黄色氧化石墨烯悬浮液；所述氧化石墨烯粉末的质量与去离子水的体积比为(I ?20)mg:1mL ；二、碱激发溶液的制备:将氢氧化钾加入到质量浓度为25%?45%的硅溶胶中，磁力搅拌混合20h?80h，得到碱激发溶液；所述的氢氧化钾中钾元素与质量浓度为25%?45%的硅溶胶中硅元素的摩尔比为1: (0.5?1.5);三、氧化石墨烯/碱激发混合液的配制:将步骤一得到的棕黄色氧化石墨烯悬浮液加入到步骤二得到的碱激发溶液中，磁力搅拌混合1min?30min后，在温度为20°C?80°C的条件下原位还原0.0lh?72h，得到氧化石墨烯/碱激发混合液；四、石墨烯/铝硅酸盐聚合物浆料的配制:将步骤三得到的氧化石墨烯/碱激发混合液置于温度为0°c?5°C的冰水浴中，再加入铝硅酸盐粉体，超声并机械搅拌25min?45min，得到石墨烯/铝硅酸盐聚合物料浆，然后加入去离子水，调节至石墨烯/铝硅酸盐聚合物料浆在剪切速率60S-1?80S η时粘度为150mPa.s?500mPa.s，得到石墨烯/铝硅酸盐聚合物浆料；所述铝硅酸盐粉体中硅元素与铝元素的摩尔比为1:1 ;五、固化成型:将步骤四得到的石墨烯/铝硅酸盐聚合物浆料倒入模具中，并置于真空箱内排气，然后置于温度为40°C?80°C的干燥箱内养护24h?240h，得到利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料；所述利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料中硅元素与铝元素的摩尔比为(I?4):1 ;步骤一中所述氧化石墨烯粉末和步骤四中所述铝硅酸盐粉体的质量比为(0.01 ?0.15):100ο本专利技术的有益效果是:本专利技术制备得到的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料，以氧化石墨烯为原料，利用氧化石墨烯表面含氧官能团的亲水性，可较容易分散于水基的硅酸盐溶液中，同时与铝硅酸盐聚合物碱激发溶液进行原位反应，进而聚合得到所需的复合材料；由于碱激发溶液与氧化石墨烯之间存在键合作用，氧化石墨烯不容易团聚，且在铝硅酸盐聚合物浆料中有较好的分散性和相容性。在固化成型后，得到石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料，工艺简单，还原程度可控，制得的复合材料机械性能好，密度约1.lg/cm3?1.5g/cm3之间，断裂韧性可到0.12MPa.m1/2?0.2IMPa.m 1/2，抗弯强度可以达到10?20MPa，相比于未添加的基体材料均有提尚，弹性t旲量可达到7GPa?8GPa，本专利技术制备的石墨稀/销娃酸盐聚合物复合材料石墨烯的还原程度可控易调节，解决了石墨烯在铝硅酸盐聚合物中分散性差、易团聚的问题；制备简单，工艺性好，还原后的石墨烯分布均匀，分散性好，强度高，韧性好；并使铝硅酸盐聚合物材料更具备结构功能一体化潜能，制备条件节能环保，可用于结构材料及感应原件使用。【附图说明】图1为实施例一步骤三中氧化石墨烯/碱激发混合液中还原后的石墨烯与步骤一中氧化石墨烯粉末的FT-1R对比图，其中I为步骤一中氧化石墨烯粉末的FT-1R曲线，2为实施例一步骤三中氧化石墨烯/碱激发混合液中还原后的石墨烯的FT-1R曲线；图2为实施例一得到的利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料断口 SEM图；图3为实施例一得到的利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料的XRD图；其中I为石英相，A为石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料的XRD曲线，B为偏高岭土的XRD曲线。【具体实施方式】【具体实施方式】一:本实施方式一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料由氧化石墨烯悬浮液、碱激发溶液和铝硅酸盐粉体制备而成；所述氧化石墨烯悬浮液由氧化石墨烯粉末与去离子水混合而成；所述氧化石墨烯粉末的质量与去离子水的体积比为(I?20)mg:1mL ；所述碱激发溶液由氢氧化钾与质量浓度为25%?45%的硅溶胶混合而成；所述氢氧化钾中钾元素与质量浓度为25%?45%的硅溶胶中硅元素的摩尔比为1: (0.5?1.5)；所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯粉末和铝硅酸盐粉体的质量比为(0.01 ?0.15):100 ；所述铝硅酸盐粉体中硅元素与铝元素的当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料，其特征在于利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料由氧化石墨烯悬浮液、碱激发溶液和铝硅酸盐粉体制备而成；所述氧化石墨烯悬浮液由氧化石墨烯粉末与去离子水混合而成；所述氧化石墨烯粉末的质量与去离子水的体积比为(1～20)mg:1mL；所述碱激发溶液由氢氧化钾与质量浓度为25％～45％的硅溶胶混合而成；所述氢氧化钾中钾元素与质量浓度为25％～45％的硅溶胶中硅元素的摩尔比为1:(0.5～1.5)；所述氧化石墨烯悬浮液中的氧化石墨烯粉末和铝硅酸盐粉体的质量比为(0.01～0.15):100；所述铝硅酸盐粉体中硅元素与铝元素的摩尔比为1:1；所述利用氧化石墨烯原位还原制备的石墨烯/铝硅酸盐聚合物复合材料中硅元素与铝元素的摩尔比为(1～4):1。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：贾德昌，闫姝，何培刚，杨治华，段小明，周玉，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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