一种石墨烯复合材料及其生产工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯复合材料及其生产工艺，涉及复合材料技术领域。其技术要点是：一种石墨烯复合材料，包括二氧化硅气凝胶层以及设于二氧化硅气凝胶层两面的石墨烯复合纤维布，所述石墨烯复合纤维布由经纱和纬纱织造而成；所述纬纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成；所述经纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成。本发明专利技术生产的石墨烯复合材料具有力学性能优异、可重复使用次数高达2000次的优点。

A Graphene Composite Material and Its Production Process

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯复合材料及其生产工艺
本专利技术涉及复合材料
，更具体地说，它涉及一种石墨烯复合材料及其生产工艺。
技术介绍
近年来，随着电商的快速发展，快递业务量以每年20％左右的速度增长，包装纸箱是快递常用的包装材料。在公开号为CN109398877A的中国专利技术专利中公开了一种高强度包装纸箱，由下列重量份数的原料制成：原纸纸浆100-120份，芦苇浆50-80份，片碱3-6份，邻苯二甲酸二异辛酯20-30份，甲基纤维素10-20份，聚乙烯醇树脂10-20份，增韧剂1-3份。上述专利的包装纸箱主要是采用纸浆和芦苇浆制成，其力学性能较差，容易撕裂、穿孔和割伤，可重复利用的次数低，导致每年会产生大量的包装箱垃圾，对环境造成污染和破坏，因此，需要研发一种绿色环保、可重复利用的新型包装材料。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的一在于提供一种石墨烯复合材料，其具有力学性能优异、可重复使用次数高达2000次的优点。本专利技术的目的二在于提供一种石墨烯复合材料的生产工艺，其生产的石墨烯复合材料具有力学性能优异、可重复使用次数高达2000次的优点。为实现上述目的一，本专利技术提供了如下技术方案：一种石墨烯复合材料，包括二氧化硅气凝胶层以及设于二氧化硅气凝胶层两面的石墨烯复合纤维布，所述石墨烯复合纤维布由经纱和纬纱织造而成；所述纬纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成；所述经纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成。通过采用上述技术方案，石墨烯纤维具有强度高、导热系数高、韧性好等优点，但是其存在脆性高的缺点；碳纤维强度高，耐疲劳性好，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，能够弥补石墨烯纤维脆性高的缺点。超高分子量聚乙烯纤维具有以下特点：比强度是同等截面钢丝的十多倍，比模量仅次于特级碳纤维；纤维密度低，密度是0.97-0.98g/cm，用于制作包装材料可以减轻重量；断裂功大，具有很强的吸收能量的能力，因而具有突出的抗冲击性和抗切割性；耐化学腐蚀、耐磨性好。芳族聚酰胺纤维是一种高强度、高模量、低密度的纤维。上述四种纤维混纺得到的纬纱力学性能优异，而且耐腐蚀。玄武岩纤维不仅强度高，而且还具有电绝缘、耐腐蚀、耐高温等多种优异性能，阻燃性能优异，且产品废弃后可直接在环境中降解，无任何危害。陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点。不锈钢纤维具有高导电、高导热、高强度、耐高温、耐腐蚀、防辐射等性能。涤纶纤维具有模量高、强度高、弹性高、良好的保形性和耐热性等优点，而且可以改善上述纤维的纺织性能。二氧化硅气凝胶导热率低，耐高温，配合石墨烯复合纤维布可以耐受2000℃的高温。上述八种纤维混纺得到的经纱强度高、韧性好，配合纬纱织成石墨烯复合纤维布并与二氧化硅气凝胶复合后，具有高模量、高强度、防刀割、防水防火、耐酸碱、耐高低温、抗老化、韧性好、重量轻和成本低的优点，可重复使用次数高达2000次。进一步优选为，所述纬纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维35-50％；超高分子量聚乙烯纤维20-30％；芳族聚酰胺纤维15-25％；碳纤维补足至100％。通过采用上述技术方案，以石墨烯纤维作为基体，在上述用量范围内，其他纤维可以较好的弥补石墨烯纤维脆性高的缺点，并提升耐腐蚀性能。进一步优选为，所述经纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维25-35％；超高分子量聚乙烯纤维15-23％；芳族聚酰胺纤维15-22％；玄武岩纤维4-8％；陶瓷纤维2-6％；不锈钢纤维1-5％；涤纶纤维1-5％；碳纤维补足至100％。通过采用上述技术方案，在上述用量范围内，以石墨烯纤维作为基体，其他纤维用于提高经纱的综合性能。进一步优选为，石墨烯纤维40％；超高分子量聚乙烯纤维30％；芳族聚酰胺纤维20％；碳纤维10％；所述经纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维25％；超高分子量聚乙烯纤维23％；芳族聚酰胺纤维22％；玄武岩纤维6％；陶瓷纤维4％；不锈钢纤维3％；涤纶纤维2％；碳纤维15％。通过采用上述技术方案，在上述用量时，经纱和纬纱的综合性能最佳，得到的石墨烯复合材料综合性能最好。进一步优选为，所述石墨烯复合纤维布远离二氧化硅气凝胶层的一面涂覆有硅胶层。通过采用上述技术方案，硅胶层起到隔绝水、气的作用，提高其防水性和密封性。进一步优选为，所述二氧化硅气凝胶层的厚度为0.2-10mm,所述石墨烯复合纤维布的厚度为0.05-3mm，所述硅胶层的厚度为0.01-1mm。通过采用上述技术方案，产品的厚度可以根据产品的实际用途在上述范围内调整。为实现上述目的二，本专利技术提供了如下技术方案：一种石墨烯复合材料的生产工艺，包括以下步骤：步骤一，将石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成纬纱；步骤二，将石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成经纱；步骤三，将纬纱和经纱采用梭织工艺进行织布，得到石墨烯复合纤维布；步骤四，取两片石墨烯复合纤维布，将二氧化硅气凝胶涂布于石墨烯复合纤维布相向的一面，并进行贴合，固化后得到石墨烯复合材料。通过采用上述技术方案，石墨烯复合纤维布与二氧化硅气凝胶复合后，具有高模量、高强度、防刀割、防水防火、耐酸碱、耐高低温、抗老化、韧性好、重量轻和成本低的优点。进一步优选为，所述步骤四具体包括：取两片石墨烯复合纤维布，将二氧化硅气凝胶涂布于石墨烯复合纤维布相向的一面，并进行贴合，再在石墨烯复合纤维布远离二氧化硅气凝胶层的一面涂覆硅胶，固化后得到石墨烯复合材料。通过采用上述技术方案，硅胶层起到隔绝水、气的作用，提高其防水性和密封性。综上所述，与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术采用混纺得到的经纱配合纬纱织成石墨烯复合纤维布，并与二氧化硅气凝胶复合后，具有高模量、高强度、防刀割、防水防火、耐酸碱、耐高低温、抗老化、韧性好、重量轻和成本低的优点；(2)本专利技术生产的石墨烯复合材料作为包装材料使用时，可重复使用次数高达2000次，避免产生大量包装垃圾，绿色环保；(3)本专利技术生产的石墨烯复合材料用途广泛，除了作为包装材料外，还可以用于建筑、桥梁、水利、化工、农业、粮贮、国防等行业。附图说明图1为本专利技术的石墨烯复合材料的剖面图。附图标记：1、二氧化硅气凝胶层；2、石墨烯复合纤维布；3、硅胶层。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术进行详细描述。实施例1：如图1所示，一种石墨烯复合材料，包括二氧化硅气凝胶层1以及粘接于二氧化硅气凝胶层1两面的石墨烯复合纤维布2，石墨烯复合纤维布2由经纱和纬纱织造而成。纬纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成；经纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成。经纱和纬纱的原料及其重量百分比如表1所示。一种石墨烯复合材料的生产工艺，包括以下步骤：步骤一，将石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成纬纱；步骤二，将石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯复合材料，其特征在于，包括二氧化硅气凝胶层（1）以及设于二氧化硅气凝胶层（1）两面的石墨烯复合纤维布（2），所述石墨烯复合纤维布（2）由经纱和纬纱织造而成；所述纬纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成；所述经纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯复合材料，其特征在于，包括二氧化硅气凝胶层（1）以及设于二氧化硅气凝胶层（1）两面的石墨烯复合纤维布（2），所述石墨烯复合纤维布（2）由经纱和纬纱织造而成；所述纬纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维混纺制成；所述经纱由石墨烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维、芳族聚酰胺纤维、碳纤维、玄武岩纤维、陶瓷纤维、不锈钢纤维、涤纶纤维混纺制成。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合材料，其特征在于，所述纬纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维35-50%；超高分子量聚乙烯纤维20-30%；芳族聚酰胺纤维15-25%；碳纤维补足至100%。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯复合材料，其特征在于，所述经纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维25-35%；超高分子量聚乙烯纤维15-23%；芳族聚酰胺纤维15-22%；玄武岩纤维4-8%；陶瓷纤维2-6%；不锈钢纤维1-5%；涤纶纤维1-5%；碳纤维补足至100%。4.根据权利要求3所述的一种石墨烯复合材料，其特征在于，所述纬纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维40%；超高分子量聚乙烯纤维30%；芳族聚酰胺纤维20%；碳纤维10%；所述经纱原料的重量百分比如下：石墨烯纤维25%；超高分子量聚乙烯纤维23%；芳族聚酰胺纤维22%；玄武岩纤维6%；陶瓷纤维4%...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭湧，
申请(专利权)人：厦门市中川芯博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35