[发明专利]一种石墨烯导电线材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯导电线材及其制备方法，属于填充复合型电磁屏蔽材料及其制备技术领域。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维晶体材料。由于其独特的结构，石墨烯具有非常高的杨氏模量和热导率，分别约为1060GPa和3000W·m^-1K^-1；电导率则高达6000S/cm、比表面积高达2600m²/g，石墨烯拥有诸多优异性能，在航天军工、电磁防护、太阳能电池、超级电容器、柔性显示屏、传感器、能量储存、吸附和催化等诸多领域具有潜在应用前景，获得广泛研究。

随着各种电器的普及，如电子计算机、通讯卫星、高压输电网以及医用设备的广泛使用，由此带来的电磁辐射污染也越来越严重，为此必须进行电磁屏蔽，目前在电磁屏蔽行业用到的电磁屏蔽材料有表层导电型和填充复合型，其中表层导电型电磁屏蔽材料主要制造方法之一即导电涂料涂覆于塑料表面，加入的导电填料一般是金、银、铜、镍、等金属，金粉的导电性最高，化学稳定性好，但价格昂贵；银粉的导电性能优良，价格较金粉低，但配胶后易沉淀，有“迁移”现象；铜、镍、的性能与银相似，价格比银低的多但易氧化，配胶的耐久性差导电性不稳定。本发明涉及一种石墨烯导电线材及其制备方法，导电填料为石墨烯，石墨烯在导电线材内部形成三维有序导电网络结构，外层由紫外光固化树脂包裹，所发明的石墨烯导电线材具有良好的导电性能和良好的绝缘性，其综合性能与铜/铝漆包线相当，是一种很有发展前途的电磁屏蔽材料；所采取的制备方法简单实用，易实现规模化生产。

发明内容

本发明提出一种石墨烯导电线材及其制备方法。具体发明内容如下：

所述的石墨烯导电线材由紫外光固化树脂单元层堆积固化而成，每个单元层包含多个功能化石墨烯粉末2D填充区和紫外光固化树脂基材区，相邻单元层间功能化石墨烯粉末填充区相互连接在一起，在紫外光固化树脂内部形成三维有序导电网络。按重量计，紫外光固化树脂占90～99份，而功能化石墨烯粉末1～10份。所述的紫外光固化树脂单元层的厚度为0.05～0.38mm，直径为

所述的紫外光固化树脂薄膜基材单元层包含有多个相互独立的功能化石墨烯粉末填充区，相邻单元层间功能化石墨烯粉末2D填充区对应连接在一起，形成三维有序导电网络结构。

所述的功能化石墨烯粉末为石墨烯粉末与偶联剂的混合物。偶联剂为γ-氨基三乙氧基硅烷，加入量为石墨烯质量的0.5％～2％。

所述的紫外光固化树脂是环氧丙烯酸树脂、聚氨酯丙烯酸树脂、聚酯丙烯酸树脂、聚醚丙烯酸树脂、纯丙烯酸树脂和乙烯基树脂中任意一种。

所述的石墨烯导电线材制备方法，先用点胶机将适量的液态紫外光固化树脂涂敷到金属模具型腔中，并用刮刀刮平，获得液态紫外光固化树脂薄膜基材；然后将功能化石墨烯粉末精确喷射到液态紫外光固化树脂薄膜基材中，在紫外光作用下使之固化；最后在拉丝装置作用下，线材整体向下移动一个薄膜基材厚度，重复上述过程，即可获得内嵌有石墨烯三维有序导电网络的导电线材。包括如下步骤：

(1)功能化石墨烯粉末的制备：将石墨烯粉末、偶联剂和溶剂混合，放入磁力搅拌器中，搅拌速度100～150r/min，搅拌时间为20～40min，将各物质混合均匀；然后放入超声波清洗器中，60℃～70℃水浴条件下超声5～10h；最后将溶液干燥、研磨，制得功能化石墨烯粉末。

(2)单元层制备：用点胶机首先在金属模具型腔中涂敷一层液态紫外光固化树脂，利用刮刀刮平，获得紫外光固化树脂薄膜基材；利用微喷射装置将功能化石墨烯粉末喷射到紫外光固化树脂薄膜基材中，用紫外光照射，使之固化，获得包含有多个相互独立的功能化石墨烯粉末2D填充区和紫外光固化树脂基材区的单元层。

(3)石墨烯线材成型：在拉丝装置作用下，工作台下降一个单元层厚度，用点胶机涂敷一层液态紫外光固化树脂，刮平，再将功能化石墨烯粉末喷射到紫外光固化树脂薄膜基材中，用紫外光照射，使之固化，保证相邻单元层结合在一起，功能化石墨烯粉末2D填充区相互连接在一起，形成三维有序导电网络结构。重复上述过程，即可获石墨烯导电线材。