本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料玻璃纖維的制備方法，更確切地說，是指一種石墨烯/玻璃復(fù)合纖維的制備方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
炭材料一直伴隨著人類發(fā)展，從零維的富勒烯到二維的碳納米管，再到常見的三維炭材料石墨、金剛石，都有著非常重要的應(yīng)用。直到2004年a.k.geim和k.s.novoselov兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了石墨烯，才填補(bǔ)了炭家族中二維材料的空缺。石墨烯是由sp2雜化的碳原子經(jīng)過六邊形周期性排列組成的一種只有一個(gè)原子層厚度的二維納米材料，因其具有獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，所以展現(xiàn)了許多神奇的性能。如比表面積理論值為2630m2/g，導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300w/（m·k），電子遷移率可達(dá)到2×105cm2/v·s，特別是強(qiáng)度可達(dá)到130gpa，在制備復(fù)合材料中有廣泛應(yīng)用。因此，石墨烯自發(fā)現(xiàn)以來一直被高度關(guān)注。
玻璃纖維屬于無機(jī)纖維材料，相比于塊狀玻璃，首先克服了脆性，更重要的是力學(xué)性能得到明顯改善。另外還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。玻璃纖維在國內(nèi)已發(fā)展了60余年，形成了比較成熟的工藝體系，在化工，能源，航空，電子等領(lǐng)域有較廣泛的應(yīng)用。但是玻璃纖維由于其固有的電絕緣性導(dǎo)致使用的局限性，目前提高玻璃纖維導(dǎo)電性的方法多數(shù)集中于將制備好的纖維與導(dǎo)電材料復(fù)合而實(shí)現(xiàn)的，如申請?zhí)?01510023436.7和申請?zhí)?01410413574.1中所述方法，都是將制備好的玻璃纖維浸漬于石墨烯溶液中制備而成。制備時(shí)間長，而且會(huì)改變纖維的形貌，某種程度上限制了玻璃纖維的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種石墨烯/玻璃復(fù)合纖維的制備方法，常溫下將氧化石墨烯與玻璃粉復(fù)合，采用成熟的玻璃纖維制造工藝，在惰性氣氛中還原氧化石墨烯，制備出具有高強(qiáng)度，高模量的石墨烯/玻璃復(fù)合纖維。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種石墨烯/玻璃復(fù)合纖維的制備方法，其特征在于，玻璃粉改性，石墨烯/玻璃復(fù)合材料的制備，復(fù)合纖維的制備三個(gè)步驟，具體步驟如下：
（1）玻璃粉改性：將原料溶于一定量的無水乙醇中，超聲分散30~60min，直到得到分散均勻的懸濁液，向懸濁液中加入1~10ml去離子水和0.05~1ml改性劑，繼續(xù)超聲3~10分鐘，將配置的溶液置于磁力攪拌器上，轉(zhuǎn)速為200~600r/min，加熱溫度為45~85°c，加熱時(shí)間為6~12h，將所得溶液離心洗滌3~6次，60~110°c烘干12~24h，得到改性玻璃粉；
（2）石墨烯/玻璃復(fù)合材料的制備：將改性的玻璃粉分散于去離子水中，磁力攪拌30~120min，配制成懸濁液，另配置0.5~1.5mg/ml的氧化石墨烯分散液，將一定量的氧化石墨烯分散液緩慢滴加到玻璃粉懸濁液中，邊攪拌邊滴加，滴加完畢繼續(xù)攪拌1~4h，隨后靜置12~24h，真空抽濾，60~110°c烘干12~24h，得到石墨烯/玻璃復(fù)合粉體；
（3）復(fù)合纖維的制備：將制備好的石墨烯/玻璃復(fù)合粉體過篩，然后將過篩后的原料送入熔窯熔化，整個(gè)過程在真空環(huán)境下進(jìn)行，熔化溫度控制在1400~1500°c之間，升溫速率為2~10°c/min，轉(zhuǎn)入拉絲工序，拉絲溫度控制在1200~1300°c之間，調(diào)節(jié)液面高度及拉絲機(jī)轉(zhuǎn)速，制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維。
所述步驟（1）中，原料為自制或商用的玻璃粉；海南省豐富的火山巖加工余料；自制sio2膠體。
所述步驟（1）中，自制sio2膠體具體方法為溶膠凝膠法制備sio2凝膠。將正硅酸乙酯（teos）與乙醇混合，摩爾比為1:1~3，配成溶液a；再將乙醇與水混合，摩爾比為1:4~3:8，攪拌狀態(tài)下加入濃hcl至ph為1~2，配成溶液b；將溶液a緩慢滴加到溶液b中，50~70°c加熱4~8小時(shí)，隨后靜置3~14天，得到sio2凝體。
所述步驟（3）中，采用的惰性氣氛為n2或者ar氣氛。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)異性能：
1.將氧化石墨烯加入玻璃細(xì)粉中，制備出具有一定導(dǎo)電性的玻璃纖維，在改性玻璃粉的制備過程中添加石墨烯，操作簡單，經(jīng)測試，電導(dǎo)率達(dá)到10-4s/cm，比普通的玻璃纖維提高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)；
2.分別選用自然界，商業(yè)化，實(shí)驗(yàn)室自制的三種原料制備玻璃纖維，原料來源廣泛，擴(kuò)展了玻璃纖維的原料選擇范圍；
3.在惰性氣氛保護(hù)下，玻璃在拉絲的同時(shí)氧化石墨烯也被成功還原為石墨烯，制備的復(fù)合玻璃纖維強(qiáng)度最高可達(dá)4200mpa，纖維拉伸彈性模量最高可達(dá)86.5mpa，極大地提高了力學(xué)性能。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體的實(shí)施例，詳細(xì)闡述本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅作為解釋本發(fā)明而不是限制本發(fā)明使用領(lǐng)域，任何非實(shí)質(zhì)性的改變都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例1：利用自制或商用的玻璃粉為原料制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維
（1）玻璃粉改性：稱取10g自制或商用的玻璃粉，溶于200ml無水乙醇中，超聲分散30min，得到分散均勻的懸濁液，向懸濁液中加入5ml去離子水和0.05ml改性劑，繼續(xù)超聲10分鐘，將配置的溶液置于磁力攪拌器上，轉(zhuǎn)速為400r/min，加熱溫度為60℃，加熱時(shí)間為8h，將所得溶液離心洗滌6次，80°c烘干24h，得到改性玻璃粉；
（2）石墨烯/玻璃復(fù)合材料的制備：將改性的玻璃粉分散于去離子水中，磁力攪拌90min，配制成懸濁液，另配置1mg/ml的氧化石墨烯分散液，將100ml氧化石墨烯分散液緩慢滴加到玻璃粉懸濁液中，邊攪拌邊滴加，滴加完畢繼續(xù)攪拌2h，隨后靜置24h，真空抽濾，80°c烘干24h，得到石墨烯/玻璃復(fù)合粉體；
（3）復(fù)合纖維的制備：將制備好的石墨烯/玻璃復(fù)合粉體過篩，然后將過篩后的原料送入熔窯熔化，整個(gè)過程在真空環(huán)境下進(jìn)行，熔化溫度為1450°c，升溫速率為5°c/min，轉(zhuǎn)入拉絲工序，拉絲溫度控制在1250°c，調(diào)節(jié)液面高度及拉絲機(jī)轉(zhuǎn)速，制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維。
實(shí)施例2：利用火山巖加工余料為原料制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維
（1）玻璃粉改性：稱取12g火山巖細(xì)粉，研磨后過篩，溶于200ml無水乙醇中，超聲分散50min，得到分散均勻的懸濁液，向懸濁液中加入10ml去離子水和0.05ml改性劑，繼續(xù)超聲10分鐘，將配置的溶液置于磁力攪拌器上，轉(zhuǎn)速為600r/min，加熱溫度為60℃，加熱時(shí)間為10h，將所得溶液離心洗滌6次，80°c烘干24h，得到改性玻璃粉；
（2）石墨烯/玻璃復(fù)合材料的制備：將改性的玻璃粉分散于去離子水中，磁力攪拌120min，配制成懸濁液，另配置1mg/ml的氧化石墨烯分散液，將100ml氧化石墨烯分散液緩慢滴加到玻璃粉懸濁液中，邊攪拌邊滴加，滴加完畢繼續(xù)攪拌4h，隨后靜置24h，真空抽濾，80°c烘干24h，得到石墨烯/玻璃復(fù)合粉體；
（3）復(fù)合纖維的制備：將制備好的石墨烯/玻璃復(fù)合粉體過篩，然后將過篩后的原料送入熔窯熔化，整個(gè)過程在真空環(huán)境下進(jìn)行，熔化溫度為1500°c，升溫速率為5°c/min，轉(zhuǎn)入拉絲工序，拉絲溫度控制在1300°c，調(diào)節(jié)液面高度及拉絲機(jī)轉(zhuǎn)速，制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維。
實(shí)施例3：利用自制sio2膠體為原料制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維
（1）溶膠凝膠法制備sio2凝膠：將正硅酸乙酯（teos）與乙醇混合，摩爾比為1:2，配成溶液a；再將乙醇與水混合，摩爾比為2:6，攪拌狀態(tài)下加入濃hcl至ph為2，配成溶液b；將溶液a緩慢滴加到溶液b中，60°c水浴加熱4小時(shí)，隨后靜置6天，得到sio2凝膠；
（2）玻璃粉改性：稱取15g制備好的sio2凝膠，研磨過篩，并溶于250ml無水乙醇中，超聲分散30min，得到分散均勻的懸濁液，向懸濁液中加入10ml去離子水和0.1ml改性劑，繼續(xù)超聲5分鐘，將配置的溶液置于磁力攪拌器上，轉(zhuǎn)速為400r/min，加熱溫度為55℃，加熱時(shí)間為6h，將所得溶液離心洗滌3次，60°c烘干24h，得到改性玻璃粉；
（3）石墨烯/玻璃復(fù)合材料的制備：將改性的玻璃粉分散于去離子水中，磁力攪拌30min，配制成懸濁液，另配置1mg/ml的氧化石墨烯分散液，將120ml氧化石墨烯分散液緩慢滴加到玻璃粉懸濁液中，邊攪拌邊滴加，滴加完畢繼續(xù)攪拌2h，隨后靜置20h，真空抽濾，60°c烘干24h，得到石墨烯/玻璃復(fù)合粉體；
（4）復(fù)合纖維的制備：將制備好的石墨烯/玻璃復(fù)合粉體過篩，然后將過篩后的原料送入熔窯熔化，整個(gè)過程在真空環(huán)境下進(jìn)行，熔化溫度為1400°c，升溫速率為10°c/min，轉(zhuǎn)入拉絲工序，拉絲溫度控制在1200°c，調(diào)節(jié)液面高度及拉絲機(jī)轉(zhuǎn)速，制備石墨烯/玻璃復(fù)合纖維。