[发明专利]石墨烯高分子色母粒复合材料、系统、制备、控制方法

摘要

本发明属于石墨烯复合材料技术领域，公开了一种石墨烯高分子色母粒复合材料、系统、制备、控制方法，制备系统包括：材料选取模块、石墨烯制备模块、搅拌模块、混合模块、冷却模块。本发明通过石墨烯制备模块采用超声和剪切力等物理方法剥离石墨得到石墨烯，不仅对环境无污染，而且可以保证石墨烯的结构和性能不被破坏；本发明提供的制备方法成本低，操作简单，设备成本低，易于实现石墨烯的工业化生产；同时本发明制备的石墨烯色母粒与塑料高分子进行共同混合制作高分子材料时，石墨烯可以比较均匀的分散在复合材料基材中，进而提升整体复合材料的机械特性、抗氧化、耐酸碱和导热性等，增加了高分子材料的强度和硬度。

主权项

1.一种石墨烯高分子色母粒复合材料制备系统控制方法，其特征在于，所述石墨烯高分子色母粒复合材料制备系统控制方法包括：通过材料选取模块集成的称重检测模块对色母粒基材、炭黑、分散剂、抗静电剂、剥离助剂、有机溶剂、天然石墨粉的用量进行检测；用量数据检测中，具体包括：定初始点x⁰，收敛精度ξ和用量数据应变下限α，其中n₁为组合结构索单元数目，n₂和n₃分别为索单元和桁架单元横截面尺寸；在第R次平衡状态的基础上，确定第R次迭代时用量数据变化关于设计变量的梯度向量应力关于设计变量的梯度向量精度关于设计变量的梯度向量及目标函数关于设计变量的梯度向量采用如下的优化模型来求解第R次的设计变量修正量：其中，为第R次的设计变量修正量，W(x^R)为第R次的系统重量，g_e(x^R)为第R次的用量数据变化，h_e(x^R)为第R次的应力，D(x^R)为第R次的精度，q_p表示上下限约束，即δx_pmin≤δx_p≤δx_pmax；第R次迭代后的设计变量修正为xR+1＝xR+λ·δxR，其中，步长因子λ满足0＜λ≤1；重复上述过程，直到得到最优解，满足给定的收敛条件；确定用量数据变化关于设计变量的梯度向量应力关于设计变量的梯度向量精度关于设计变量的梯度向量及目标函数关于设计变量的梯度向量的过程是：基于非线性有限元采用差分法来求解梯度信息，从给定的平衡状态进行分析，此时索段j(j＝1,2,…,n1)的应变为ε0j，单元j(j＝1,2,…,NUE)的应力为σ0j，节点i(i＝1,2,…,NUN)的位置为z0i；每次单独给第j个设计变量施加一个变量增量Δx0j，进行静力学分析得到新的平衡状态下的应变εj、应力σj及位置zi；由差分法得到梯度向量；即有：通过石墨烯制备模块集成的石墨烯制备系统对剥离助剂、有机溶剂、天然石墨粉材料处理制得石墨烯。