本發(fā)明涉及一種石墨骨架的制備，特別涉及一種應(yīng)用于復(fù)合材料制成的自潤滑材料和導(dǎo)電聚合物材料。

背景技術(shù)：

石墨具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、自潤滑性能、及耐腐蝕性能，可以廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域。但其缺點(diǎn)也很突出，由于石墨本身結(jié)構(gòu)疏松、呈脆性、易發(fā)生斷裂，機(jī)械性能差，一般來說，石墨制件的強(qiáng)度較低。通常采用樹脂浸漬石墨制件的方式，來填補(bǔ)孔隙，提高其密度，增強(qiáng)密封性能，提高制件的機(jī)械強(qiáng)度。酚醛樹脂作為工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的浸漬劑，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性，在500℃以下浸漬石墨都具有較好的熱穩(wěn)定性，且機(jī)械性能優(yōu)異。但酚醛樹脂不耐堿，且固化后呈脆性，抗沖擊性能較差。環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能，它對金屬和非金屬材料的表面具有優(yōu)異的粘接強(qiáng)度，介電性能良好，變形收縮率小，制品尺寸穩(wěn)定性好，硬度高，柔韌性較好，對堿及大部分溶劑穩(wěn)定。因此，考慮到環(huán)氧樹脂的廣泛應(yīng)用，本發(fā)明提出環(huán)氧樹脂/酚醛樹脂混合浸漬劑，來進(jìn)一步改善石墨制件的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明制備的一種含石墨烯的石墨骨架具有較高的強(qiáng)度、良好的潤滑性能和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以應(yīng)用于制備石墨/金屬基自潤滑復(fù)合材料和石墨/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料，保證石墨/金屬基自潤滑復(fù)合材料在使用過程中石墨的均勻脫落，提供石墨/聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料具有足夠的導(dǎo)電通路。

本發(fā)明的制備方法包含以下幾個(gè)步驟：

步驟一、石墨骨架坯體制備，通過cad軟件設(shè)計(jì)出石墨骨架數(shù)據(jù)模型，采用選擇性激光燒結(jié)（sls）的方式將石墨粉混料制備成所需結(jié)構(gòu)的石墨骨架坯體，所述的環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架的單胞結(jié)構(gòu)為正六棱柱，上下底面為正六邊形，其邊長為3-6mm(優(yōu)選為4mm)，邊的寬度為0.30~0.37mm，側(cè)棱線的高度為5~20mm。

步驟二、石墨骨架二次固化，將上述石墨骨架坯體在140~200℃下烘35~50min。

步驟三、石墨骨架浸漬強(qiáng)化，將二次固化后的石墨骨架坯體置于浸漬液中，浸漬20min。取出石墨骨架坯體，清理掉表面多余的樹脂之后置于干燥箱子中，于60℃下干燥24~36h。然后將石墨骨架坯體在140~200℃下烘60~140min，待烘箱自然冷卻后取出浸漬好的石墨試樣，按照上述浸漬強(qiáng)化步驟，重復(fù)2~3次，從而制備出浸漬強(qiáng)化的石墨骨架。

所述的步驟一中的石墨骨架由天然鱗片石墨粉、酚醛樹脂粉、石墨烯配比混料構(gòu)成，其中酚醛樹脂為石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20%~50%，石墨烯的含量為整體混料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1~3%。

所述步驟三的浸漬液由酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、無水乙醇均勻混合而成，其中酚醛樹脂與環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比3:1-2配比。無水乙醇的質(zhì)量為混合樹脂總質(zhì)量的5-20%，以調(diào)節(jié)浸漬液的粘度。

本發(fā)明具有如下有益效果：

本發(fā)明提供了一種含石墨烯的石墨骨架制備方法。該方法中的天然鱗片石墨具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能、自潤滑性能、良好的耐熱、耐腐蝕及耐酸堿性能，同時(shí)石墨烯的添加可以提高石墨骨架的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。將本發(fā)明的石墨骨架和鋁合金或銅合金復(fù)合制備自潤滑復(fù)合材料可以應(yīng)用于軸承中，可以保證軸承在腐蝕性工況環(huán)境、高速、重載條件下依舊保持很好的自潤滑效果；且石墨本身具有良好的吸震性能，能夠很好的降低軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，尤其是啟動(dòng)、停止階段的摩擦振動(dòng)，從而保證了軸的穩(wěn)定運(yùn)行。將本發(fā)明的石墨骨架和聚合物復(fù)合制備導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料，可以保證導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性能。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明：

圖1為實(shí)施例1、2中環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架示意圖。

圖2為實(shí)施例1、2中單胞蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為實(shí)施例1、2中環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架展開圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

步驟一、石墨骨架坯體制備，通過cad軟件設(shè)計(jì)出環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架模型（如圖1、圖2、圖3所示）。將天然鱗片石墨粉、酚醛樹脂粉、石墨烯配比混料構(gòu)成，并通過選擇性激光燒結(jié)法（sls），按照環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架模型，制備出環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架坯體。其中酚醛樹脂為石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的20%，石墨烯的含量為整體混料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的1%。所述的環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架的單胞結(jié)構(gòu)為正六棱柱，上下底面為正六邊形，其邊長為4mm，邊的寬度為0.35mm，側(cè)棱線的高度為10mm。

步驟二、石墨骨架二次固化，為提高環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架坯體中所含酚醛樹脂的固化率，提高其初始強(qiáng)度，防止后續(xù)浸漬強(qiáng)化過程中石墨骨架軟化溶解，須對其進(jìn)行二次固化。二次固化過程為將石墨骨架坯體在180℃下烘40min。

步驟三、石墨骨架浸漬強(qiáng)化，浸漬強(qiáng)化過程為將步驟二中經(jīng)二次固化的石墨骨架坯體置于浸漬液中，浸漬20min。取出石墨骨架坯體，清理掉表面多余的樹脂之后置于干燥箱子中，于60℃下干燥36h。然后將石墨骨架坯體在160℃下烘80min，重復(fù)以上過程3次，從而制備出浸漬石墨骨架。其中浸漬液由酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、無水乙醇均勻混合而成，其中酚醛樹脂與環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比3:2配比。無水乙醇的質(zhì)量為混合樹脂總質(zhì)量的10%，以調(diào)節(jié)浸漬液的粘度。

步驟一中石墨骨架坯體抗彎強(qiáng)度為2.202mpa，經(jīng)步驟二二次固化后的石墨骨架抗彎強(qiáng)度為4.511mpa，經(jīng)步驟三浸漬強(qiáng)化后的石墨骨架抗彎強(qiáng)度可達(dá)27.466mpa。

實(shí)施例二：

步驟一、石墨骨架坯體制備，通過cad軟件設(shè)計(jì)出環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架模型（如圖1、圖2、圖3所示）。將天然鱗片石墨粉、酚醛樹脂粉、石墨烯配比混料構(gòu)成，并通過選擇性激光燒結(jié)法（sls），按照環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架模型，制備出環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架坯體。其中酚醛樹脂為石墨粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的30%，石墨烯的含量為整體混料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的2%。所述的環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架的單胞結(jié)構(gòu)為正六棱柱，上下底面為正六邊形，其邊長為4mm，邊的寬度為0.3mm，側(cè)棱線的高度為15mm。

步驟二、石墨骨架二次固化，為提高環(huán)狀蜂窩結(jié)構(gòu)石墨骨架坯體中所含酚醛樹脂的固化率，提高其初始強(qiáng)度，防止后續(xù)浸漬強(qiáng)化過程中石墨骨架軟化溶解，須對其進(jìn)行二次固化。二次固化過程為將石墨骨架坯體在160℃下烘45min。

步驟三、石墨骨架浸漬強(qiáng)化，浸漬強(qiáng)化過程為將步驟二中經(jīng)二次固化的石墨骨架坯體置于浸漬液中，浸漬20min。取出石墨骨架坯體，清理掉表面多余的樹脂之后置于干燥箱子中，于60℃下干燥36h。然后將石墨骨架坯體在160℃下烘100min，重復(fù)以上過程3次，從而制備出浸漬石墨骨架。其中浸漬液由酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、無水乙醇均勻混合而成，其中酚醛樹脂與環(huán)氧樹脂按質(zhì)量比3:2配比。無水乙醇的質(zhì)量為混合樹脂總質(zhì)量的10%，以調(diào)節(jié)浸漬液的粘度。

步驟一中石墨骨架坯體抗彎強(qiáng)度為2.504mpa，經(jīng)步驟二二次固化后的石墨骨架抗彎強(qiáng)度為5.506mpa，經(jīng)步驟三浸漬強(qiáng)化后的石墨骨架抗彎強(qiáng)度可達(dá)32.067mpa。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施案例對本發(fā)明所做的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。