[发明专利]一种石墨烯包覆玻璃纤维的制备方法

说明书

本发明公开了复合材料技术领域的一种石墨烯包覆玻璃纤维的制备方法，该方法首先将玻璃纤维表面粗造化，然后在碱性缓冲溶液中加入单宁酸，快速搅拌溶解，再将短切玻璃纤维分散至单宁酸‑缓冲溶液中，通过单宁酸的自身氧化聚合在玻璃纤维表面沉积上形成聚单宁酸聚合物功能涂层；然后利用聚单宁酸表面存在的大量酚羟基团，能够将石墨烯牢牢的吸附在纤维表面，形成连续致密的石墨烯覆盖层。本发明所提供制备方法步骤简便，对环境无污染，绿色环保，可以在玻璃纤维表面形成均匀致密的石墨烯包覆层，具有良好的热传导效率。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体为一种石墨烯包覆玻璃纤维的制备方法。

背景技术

玻璃纤维(Glass fiber)作为一种无机非金属材料，其单丝的直径为几个微米到几十微米，相当于一根头发丝的1/20-1/5，每束纤维原丝都由数百根甚至上千根单丝组成，具有绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高等一系列优良特性，已经航空航天、汽车船舶、交通运输和化工冶金等领域得到了广泛的应用，并在很多方面替代了金属功能材料。然而与传统的金属功能材料相比，玻璃纤维材料在诸多性能方面还面临众多挑战，例如普通的玻璃纤维的热导率仅有1.4W/m.K左右，而金属材料的热导率极高(铜的热导率可达397W/m.K)，过低的热传导率严重限制了玻璃纤维在高导热和散热效率功能材料领域中的应用。因此有效的提高玻璃纤维的导热散热率是目前材料科学和工程技术领域亟待解决的问题。

石墨烯(Graphene)是一种碳原子以sp²杂化轨道键合组成的具有蜂窝状结构的单层二维功能材料，基本结构单元是有机材料中最稳定的六元环，厚度只有一个碳原子的直径大小，是目前世界上最薄也是最坚硬的纳米功能材料。石墨烯的导热系数高达5300W/m.K，熔点超过3000℃，同时具有优异的电子迁移率(2×l0⁵cm²/v.s)、机械性能(杨氏模量1100GPa，断裂强度125GPa)以及特殊的量子霍尔效应和量子隧穿效应等，使其在复合功能材料等领域有着广阔的应用前景。鉴于石墨具有超高的热传导效率，因此玻璃纤维表面包覆片状的石墨烯结构以改善其热传导性能是一种切实可行的方法。

中国专利(申请号CN201810775522.7)公开了一种通过采用化学气相沉积的方法在玻璃纤维表面形成石墨烯层的方法，该方法可以有效的改善玻璃纤维的热传导效率，可以在多个领域展开应用，具有很好的工业应用前景；但是制备过程中需要专门的石墨烯沉积设备，操作过程较为繁琐。中国专利(申请号CN201410413574.1)提供了一种石墨烯涂覆玻璃纤维复合材料的方法，该方法将经过硅烷偶联剂改性的石墨烯分散于水中形成分散均匀的水分散液，然后将玻璃纤维浸渍于改性石墨烯的水分散液中，通过静电吸附作用，在玻璃纤维表面形成均匀且致密的石墨烯涂覆层，但是由于石墨烯与硅烷偶联剂之间的静电作用力相对较弱，石墨烯涂覆层能够从玻璃纤维表面脱落，致使热传导效率直线下降。

单宁酸作为一种植物多元酚类化合物，具有价格低廉、来源广泛和生物相容性好等突出优点(IndustrialEngineering Chemistry Research,2015,54(6),1842-1848；Journal of Nanoparticle Research,2009,11(7),1839.)；同时鉴于单宁酸分子中的邻苯二酚基团超强界面粘附力，能够在各种基质上表面氧化自聚合形成聚单宁酸功能层，可以与各种材料表面形成超强的结合力，使其在大多数环境中都能表现出超强的粘附力和长期的稳定性，通过聚单宁酸分子的“桥接”作用可以将石墨烯的纳米结构涂覆到玻璃纤维表面，制备一种热传导效率有益的玻璃纤维功能复合材料。

基于此，本发明设计了一种石墨烯包覆玻璃纤维的制备方法，以解决上述提到的问题。

发明内容