石墨分级浸渍方法、柔性高导热石墨烯制法及石墨烯技术

本发明专利技术涉及一种石墨分级浸渍方法、柔性高导热石墨烯制法及石墨烯，属于新材料技术领域。其中，石墨分级浸渍方法包括至少二个浸渍周期，每个所述浸渍周期包括：沿石墨纤维方向填充浸渍浆料至改性石墨纤维材料中，并向填充后的所述改性石墨纤维材料内部补充浸渍浆料，经过后处理后完成浸渍。随着所述浸渍周期增加，所述浸渍浆料尺寸逐渐减小。本发明专利技术通过使用不同尺寸的石墨浆料按尺寸大小由高到低的顺序分级填充，获得的石墨材料结构稳定、孔隙率较小，石墨化时不容易发生解体破裂的情况，使得产品具备一定的柔性。使得产品具备一定的柔性。使得产品具备一定的柔性。

【技术实现步骤摘要】
石墨分级浸渍方法、柔性高导热石墨烯制法及石墨烯


[0001]本专利技术属于新材料
，尤其涉及一种石墨分级浸渍方法、柔性高导热石墨烯制法及石墨烯。

技术介绍

[0002]碳/碳复合材料(c
‑
c composite or carbon
‑
carbon composite material)是碳纤维及其织物增强的碳基体复合材料。具有低密度(<2.0g/cm3)、高强度、高比模量、高导热性、低膨胀系数、摩擦性能好，以及抗热冲击性能好、尺寸稳定性高等优点，是如今在1650℃以上应用的少数备选材料，最高理论温度更高达2600℃，因此被认为是最有发展前途的高温材料之一。C/C复合材料作为碳纤维复合材料家族的一个重要成员，具有密度低、高比强度比模量、高热传导性、低热膨胀系数、断裂韧性好、耐磨、耐烧蚀等特点，尤其是其强度随着温度的升高，不仅不会降低反而还可能升高，它是所有已知材料中耐高温性最好的材料。因而它广泛地应用于航天、航空、核能、化工、医用等各个领域。
[0003]通常的碳碳复合材料的制备是以碳纤维作为增强体，以碳作为基体的一类复合材料。作为增强体的碳纤维可用多种形式和种类，既可以用短切纤维，也可以用连续长纤维及编织物。各种类型的碳纤维都可用于C/C复合材料的增强体。碳基体可以是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热解形成的固体碳。然而无论是通过化学气相沉积制备的热解碳，也可以是高分子材料热解形成的固体碳，二者都有一个明显的缺陷，就是得到的复合材料通常都属于“硬碳”的范围，之所以称其为硬碳，是因为其本身质地较为坚硬，在具体应用场景时更多的是作为承压件来进行使用。目前对于柔性碳碳复合材料的研究相对较少，这是因为由于浸渍工艺的限制，一旦对石墨纤维与沥青等碳源进行复合，由于沥青的高粘稠性，在复合之后得到的碳碳复合材料的密度较大，则使材料丧失其柔性。
[0004]另一方面液相浸渍法中浸渍剂的组成和结构十分重要，它不仅影响致密化效率，而且也影响制品的机械性能和物理性能。提高浸渍剂碳化收率，降低浸渍剂的黏度一直是液相浸渍法制备C/C复合材料所要解决的重点课题之一。浸渍剂的高黏度和低碳化收率是目前C/C复合材料成本较高的重要原因之一。
[0005]石墨烯浆料是一种低粘度、高碳化收率的潜在试剂，针对上述问题，石墨烯浆料是一种理想的浸渍的试剂。通过调整石墨烯浆料的体系，并且对浸渍工艺加以优化，借助石墨烯本身的高导热特性，可以获得结构可控的高导热柔性碳碳复合材料。
[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术石墨法向(Z向)浸渍不均匀、孔隙率大的技术问题，提供一种石墨分级浸渍方法、柔性高导热石墨烯制法及石墨烯。
[0008]本专利技术第一方面提供一种石墨分级浸渍方法，包括至少2个浸渍周期，每个所述浸
渍周期包括：沿石墨纤维方向填充浸渍浆料至改性石墨纤维材料中，并向填充后的所述改性石墨纤维材料内部补充浸渍浆料，经过后处理后完成浸渍。
[0009]优选的，上述石墨纤维为石墨毡，石墨毡包括但不限于沥青基、聚丙烯腈基石墨毡和黏胶基石墨毡等；进一步优选的，所选石墨毡内纤维主要取向为法向(Z方向)，纤维直径在10～20μm之间，纤维长度在100～200μm之间，孔隙尺寸范围在10～60μm之间，体积密度在0.1
‑
0.2g/cm3。
[0010]在一些实施方式中，随着所述浸渍周期增加，所述浸渍浆料尺寸逐渐减小。
[0011]在一些实施方式中，包括3个浸渍周期，分别为第一浸渍周期、第二浸渍周期和第三浸渍周期，所述第一浸渍周期中使用的浸渍浆料为大尺寸浸渍浆料，所述第二浸渍周期中使用的浸渍浆料为中尺寸浸渍浆料，所述第三浸渍周期中使用的浸渍浆料为小尺寸浸渍浆料；
[0012]所述大尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为20～50μm；
[0013]所述中尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为1～20μm；
[0014]所述大尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为0.5～1μm。
[0015]在一些实施方式中，所述浸渍浆料还包括添加剂，所述核心石墨材料与所述添加剂的比例为(10～100):1；
[0016]和/或，所述大尺寸浸渍浆料的固含量为0.5～1wt％，所述中尺寸浸渍浆料的固含量为0.5～0.8wt％，所述小尺寸浸渍浆料的固含量为0.6～1wt％。
[0017]优选的，所述添加剂选自聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯中一种或几种的组合。
[0018]进一步优选的，所述大尺寸浸渍浆料中所使用的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯的分子量分别为800～1200万、25～30万、分子量40～50万；
[0019]所述中尺寸浸渍浆料中所使用的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯的分子量分别为600～800万、17～22万、分子量20～40万；
[0020]所述小尺寸浸渍浆料中所使用的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯的分子量分别为400～600万、12～17万、分子量10～20万。
[0021]在一些实施方式中，所述后处理包括加压、升温、保压、泄压、降温、干燥，所述后处理的每个步骤至少进行1次。由于本身浆料的固含量较低，单次的浸渍只能使一小部分石墨烯浸渍进去，多次浸渍后达到更好的浸渍效果。
[0022]在一些实施方式中，所述加压的压力为0.5Mpa～10Mpa；
[0023]和/或，所述升温的温度为80～150℃；；
[0024]和/或，所述保压的时间为1～2小时；
[0025]和/或，所述泄压的速率为0.05～0.1Mpa/min；
[0026]和/或，所述降温至25～30℃。
[0027]加热在一定温度条件下浸渍，有利于促进改性石墨纤维材料中石墨纤维与浸渍浆料的交联反应。
[0028]在一些实施方式中，所述补充的方法包括：采用周期微管注射的方式通过注射装置周期性的将浸渍浆料直接注入所述改性石墨纤维材料中。
[0029]在一些实施方式中，所述注射装置包括注射器和注射阵列，所述注射阵列包括并联设置的若干微管，所述微管的入口端与所述注射器出口连接，所述微管的出口端沿着石
墨纤维方向分别深入到所述石墨纤维材料内部。优选的，微管的直径≤φ0.5mm。
[0030]浸渍过程，采用高压周期微管注射分级浸渍方法。
[0031]高压指的是在整个浸渍过程中，改性石墨纤维(如改性石墨毡)与浸渍浆料(如石墨烯浆料)处于高压密闭浸渍容器中，其压力在0.5Mpa～10Mpa之间，优选3～5Mpa。若压力选择较小，则会导致最终产品致密度不够，影响导热性能；若压力选择较大，最终产品致密度提升，虽然样品的导热率会得到提升，然而与此同时会导致产品刚性较强，这就使得其柔性大幅下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨分级浸渍方法，其特征在于，包括至少2个浸渍周期，每个所述浸渍周期包括：沿石墨纤维方向填充浸渍浆料至改性石墨纤维材料中，并向填充后的所述改性石墨纤维材料内部补充浸渍浆料，经过后处理后完成浸渍。2.根据权利要求1所述的石墨分级浸渍方法，其特征在于，随着所述浸渍周期增加，所述浸渍浆料尺寸逐渐减小。3.根据权利要求2所述的石墨分级浸渍方法，其特征在于，包括3个浸渍周期，分别为第一浸渍周期、第二浸渍周期和第三浸渍周期，所述第一浸渍周期中使用的浸渍浆料为大尺寸浸渍浆料，所述第二浸渍周期中使用的浸渍浆料为中尺寸浸渍浆料，所述第三浸渍周期中使用的浸渍浆料为小尺寸浸渍浆料；所述大尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为20～50μm；所述中尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为1～20μm；所述大尺寸浸渍浆料中核心石墨材料的平均尺寸为0.5～1μm。4.根据权利要求3所述的石墨分级浸渍方法，其特征在于，所述浸渍浆料还包括添加剂，所述核心石墨材料与所述添加剂的比例为(10～100):1；和/或，所述大尺寸浸渍浆料的固含量为0.5～1wt％，所述中尺寸浸渍浆料、料的固含量为0.5～0.8wt％，所述小尺寸浸渍浆料的固含量为0.6～1wt％。5.根据权利要求1所述的石墨分级浸渍方法，其特征在于，所述后处理包括加压、升温、保压、泄压、降温、干燥，所述后处理的每个步骤至少进行1次。6.根据权利要求5所述的石墨分级浸渍方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈杰，徐文哲，陈文苗，徐春宇，李梦雨，申保金，裴晓东，
申请(专利权)人：中钢集团南京新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：