本發(fā)明涉及石墨烯材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯微片導(dǎo)電母料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：石墨烯是由一層碳原子組成的平面碳納米材料，是目前已知最薄的二維材料，其厚度僅為0.335nm，它由六方的晶格組成。石墨烯是已知的世上最薄、最堅(jiān)硬的納米材料，它幾乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；導(dǎo)熱系數(shù)高達(dá)5300w/m·k，高于碳納米管和金剛石，常溫下其電子遷移率超過(guò)15000cm2/v·s，又比納米碳管或硅晶體高，而電阻率只約10-6ω·cm，比銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。采用石墨烯導(dǎo)電母粒作為各種導(dǎo)電塑料、電子塑料、光伏塑料的添加劑，將大大提高材料電能力。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01510200391.6公開(kāi)了一種石墨烯導(dǎo)電母粒及其制備方法和應(yīng)用，該發(fā)明涉及一種石墨烯導(dǎo)電母粒的制備方法，將抗靜電劑溶解在有機(jī)溶劑中得到溶液a，將石墨烯放入有機(jī)溶劑中超聲分散，在超聲和機(jī)械攪拌下加入溶液a，濃縮除去有機(jī)溶劑得膏狀物，最后將膏狀物加熱熔融，然后將熔融的膏狀物經(jīng)自由落體滴落、冷卻即得所述的石墨烯導(dǎo)電母粒。然而，石墨烯易團(tuán)聚，復(fù)雜的制備過(guò)程易導(dǎo)致石墨烯分散不均勻，進(jìn)一步導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)不均勻。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01510035628.x公開(kāi)了一種樹(shù)脂/石墨烯導(dǎo)電塑料母粒及其制備方法和用途，該發(fā)明將水、所述樹(shù)脂/石墨導(dǎo)電母粒、物理發(fā)泡劑、隔離劑一同在高壓釜中加熱后快速低壓放出，使得到爆破剝離法制備的樹(shù)脂/石墨烯導(dǎo)電塑料發(fā)泡母粒。該方法采用石墨為原料，解決了石墨烯不易分散的問(wèn)題，同時(shí)利用超臨界物理發(fā)泡劑的溶解能力，當(dāng)其滲入石墨片層在突然釋壓情況下膨脹而剝離石墨片層。但是爆破的強(qiáng)度不易掌握，獲得的石墨烯質(zhì)量難以保證，并且操作過(guò)程存在安全隱患。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?01610918490.2公開(kāi)了一種石墨烯導(dǎo)電母料及制備方法，采用一帶有剪切齒的螺桿擠出機(jī)，將石墨原料與熱熔物料均勻混合，利用剪切齒的強(qiáng)剪切作用，將石墨剝離成石墨烯，并且將石墨烯沿螺桿旋轉(zhuǎn)方向均勻分散開(kāi)，得到分散均勻的石墨烯熔融物，最后通過(guò)擠出造粒，獲得石墨烯導(dǎo)電母料。但該方案需要采用特殊結(jié)構(gòu)的螺桿擠出機(jī)，對(duì)設(shè)備條件要求較高。由此可知，石墨烯擁有超高的比表面積，相互之間極易團(tuán)聚，很難均勻分散在溶劑和介質(zhì)中，這導(dǎo)致制備的導(dǎo)電母料中石墨烯的分散性差，導(dǎo)電母料的導(dǎo)電能力低，成品率低。而通過(guò)剪切擠出等物理法制備分散性較好的石墨烯母料對(duì)生產(chǎn)工藝過(guò)程控制及設(shè)備有特殊要求，因此，找到能夠簡(jiǎn)單有效制備可分散性石墨烯材料的方法是解決石墨烯應(yīng)用的一個(gè)重要方向。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中制備的導(dǎo)電母料中石墨烯的分散性差，導(dǎo)電母料的導(dǎo)電能力低，成品率低的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出一種石墨烯微片導(dǎo)電母料及其制備方法，通過(guò)急冷使石墨烯微片穩(wěn)定均勻的分散存在于金屬錫中，進(jìn)一步在急冷是加入玻璃微珠，使得在玻璃微珠表面急冷鍍層，從而有效防止石墨烯的團(tuán)聚，形成的宏觀石墨烯微粒在高分子載體中具有良好的分散性。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種石墨烯微片導(dǎo)電母料的制備方法，其特征是將石墨粉與金屬錫混合，在高溫條件下錫熔化，通過(guò)攪拌破碎剪切將石墨剝離為石墨烯微片后與玻璃微珠急冷鍍層，使石墨烯穩(wěn)定均勻的分散存在于金屬錫中并鍍層于玻璃微珠，進(jìn)一步，通過(guò)研磨形成由錫穩(wěn)定的石墨烯微粒，分散于高分子材料通過(guò)螺桿擠出機(jī)制備獲得，所述石墨烯微片導(dǎo)電母料；具體指北步驟如下：a、將20-30重量份的石墨粉與50-60重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間3-5小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將30-50重量份的玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與30-50重量份的高分子材料混合均勻，設(shè)置加熱溫度為200-300℃，通過(guò)螺桿擠出機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。其中，所述的石墨粉為鱗片石墨、膨脹石墨、高取向石墨、熱裂解石墨、氧化石墨中的至少一種；所述的金屬錫的純度為80%以上；所述玻璃微珠粒徑為50-100μm；所述的高分子材料為聚乙烯樹(shù)脂、聚丙烯樹(shù)脂、聚苯乙烯樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、聚酰胺樹(shù)脂、聚砜樹(shù)脂、聚醚樹(shù)脂中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述螺桿擠出機(jī)選用同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)、同向嚙合三螺桿機(jī)或者同向嚙合四螺桿機(jī)中的一種。一種石墨烯微片導(dǎo)電母料，其特征是由上述所述方法制備而得的導(dǎo)電母料。通過(guò)在熔融金屬錫中將石墨剝離為石墨烯微片，并利用金屬錫分散石墨烯微片，進(jìn)一步通過(guò)急冷將分散有石墨烯微片的金屬錫鍍層于玻璃微珠，這一復(fù)合微粒具有極佳的導(dǎo)電性、加工流動(dòng)性、分散性，通過(guò)輔助適當(dāng)?shù)母叻肿釉炝＜纯傻玫綄?dǎo)電母料?，F(xiàn)有方案中石墨烯擁有超高的比表面積，相互之間極易團(tuán)聚，很難均勻分散在溶劑和介質(zhì)中，這導(dǎo)致制備的導(dǎo)電母料中石墨烯的分散性差，導(dǎo)電母料的導(dǎo)電能力低，成品率低。鑒于此，本發(fā)明提出一種石墨烯微片導(dǎo)電母料及其制備方法，在高溫條件下錫熔化，通過(guò)攪拌破碎剪切將石墨剝離為石墨烯微片后與玻璃微珠急冷鍍層，使石墨烯穩(wěn)定均勻的分散存在于金屬錫中并鍍層于玻璃微珠，進(jìn)一步，通過(guò)研磨形成由錫穩(wěn)定的石墨烯微粒，分散于高分子材料通過(guò)螺桿擠出機(jī)制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料；有效防止石墨烯的團(tuán)聚，形成的宏觀石墨烯微粒在高分子載體中具有良好的分散性。本發(fā)明公開(kāi)的方案制備工藝簡(jiǎn)單，原料來(lái)源廣泛，無(wú)污染，成本低，制備出的前驅(qū)體性質(zhì)穩(wěn)定，易儲(chǔ)存輸運(yùn)，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)生產(chǎn)。將本發(fā)明所制備石墨烯導(dǎo)電母料性能與普通石墨烯導(dǎo)電母料相比，在石墨烯母料性能、產(chǎn)量等方面具有的優(yōu)勢(shì)如表1所示。表1：性能指標(biāo)20℃體積電阻拉伸強(qiáng)度產(chǎn)量加入常規(guī)導(dǎo)電母料制備的塑料87.4ω?cm10.5mpa300公斤/小時(shí)加入本發(fā)明母料制備的塑料15.4ω?cm20.5mpa300公斤/小時(shí)本發(fā)明一種石墨烯微片導(dǎo)電母料及其制備方法方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其突出的特點(diǎn)和優(yōu)異的效果在于：1、本發(fā)明提供一種石墨烯微片導(dǎo)電母料，將石墨粉與金屬錫混合，將在高溫條件下錫熔化，將石墨剝離為石墨烯后急冷，使石墨烯穩(wěn)定均勻的分散存在于金屬錫中，石墨烯在金屬錫中分布并鍍層于玻璃微珠，家家的發(fā)揮了石墨的導(dǎo)電性，而且石墨烯易于均勻分散。2、本方案，通過(guò)研磨形成由錫穩(wěn)定的石墨烯微粒，分散于高分子材料通過(guò)螺桿擠出機(jī)制備獲得導(dǎo)電母料，制備的導(dǎo)電母料可以提高基材的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。3、本發(fā)明公開(kāi)的方案制備工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)過(guò)程在封閉的腔室中進(jìn)行，對(duì)環(huán)境造成污染少，原料來(lái)源廣泛，成本低，制備出的前驅(qū)體性質(zhì)穩(wěn)定，易儲(chǔ)存輸運(yùn)，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)。具體實(shí)施方式以下通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不應(yīng)將此理解為本發(fā)明的范圍僅限于以下的實(shí)例。在不脫離本發(fā)明上述方法思想的情況下,根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段做出的各種替換或變更,均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。實(shí)施例1a、將25重量份的鱗片石墨與50重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間3小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將30重量份的粒徑為50μm玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與30重量份的高分子材料聚乙烯樹(shù)脂混合均勻，設(shè)置加熱溫度為200-300℃，通過(guò)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。將實(shí)施例中制備獲得的導(dǎo)電母料以10%的比例加入聚苯乙烯樹(shù)脂，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試，獲得數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)施例2a、將30重量份的熱裂解石墨與55重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間5小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將30重量份的粒徑為80μm玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與50重量份的高分子材料聚丙烯樹(shù)脂混合均勻，設(shè)置加熱溫度為200-300℃，通過(guò)同向嚙合三螺桿機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。將實(shí)施例中制備獲得的導(dǎo)電母料以10%的比例加入聚苯乙烯樹(shù)脂，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試，獲得數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)施例3a、將30重量份的氧化石墨與50重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間4小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將35重量份的粒徑為90μm玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與40重量份的高分子材料聚酰胺樹(shù)脂混合均勻，設(shè)置加熱溫度為200-300℃，通過(guò)同向嚙合四螺桿機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。將實(shí)施例中制備獲得的導(dǎo)電母料以10%的比例加入聚苯乙烯樹(shù)脂，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試，獲得數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)施例4a、將30重量份的高取向石墨與60重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間5小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將50重量份的粒徑為100μm玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與30重量份的高分子材料聚醚樹(shù)脂中，設(shè)置加熱溫度為300℃，通過(guò)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。將實(shí)施例中制備獲得的導(dǎo)電母料以10%的比例加入聚苯乙烯樹(shù)脂，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試，獲得數(shù)據(jù)如表2所示。實(shí)施例5a、將30重量份的膨脹石墨與50重量份的金屬錫混合，設(shè)置攪拌速度為100-500轉(zhuǎn)/分鐘，進(jìn)行機(jī)械震蕩攪拌，加熱至230-350℃至錫熔化呈液態(tài)，繼續(xù)保持機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間3小時(shí)，將石墨粉進(jìn)行破碎剪切形成石墨烯微片，并均勻地分散于金屬錫液中，得到石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體；b、將50重量份的粒徑為150μm玻璃微珠與步驟a得到的石墨烯微片/金屬錫復(fù)合液體混合，以60-100℃/s的冷卻速度，噴霧急冷，使石墨烯微片穩(wěn)定均勻地存在于金屬錫中，并鍍層于玻璃微珠；c、將步驟b得到的鍍有石墨烯微片/金屬錫復(fù)合體的玻璃微珠投放進(jìn)入球磨機(jī)中，設(shè)置球磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200-800轉(zhuǎn)/分鐘，通過(guò)球磨機(jī)機(jī)械研磨石墨烯/金屬錫過(guò)冷固體，形成由錫穩(wěn)定的石墨烯復(fù)合微粒，粒度為10-200微米，然后將石墨烯復(fù)合微粒與50重量份的高分子材料聚苯乙烯樹(shù)脂混合，設(shè)置加熱溫度為200-300℃，通過(guò)同向嚙合雙螺桿擠出機(jī)造粒制備獲得石墨烯微片導(dǎo)電母料。將實(shí)施例中制備獲得的導(dǎo)電母料以10%的比例加入聚苯乙烯樹(shù)脂，進(jìn)行導(dǎo)電性能測(cè)試，獲得數(shù)據(jù)如表2所示。表2當(dāng)前第1頁(yè)12