本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备方法。
背景技术：
近年来，利用可再生资源开发具有环保，耐高温，高散热的新型复合材料越来越多的引起人们的关注。其中，玄武岩纤维作为绿色环保可再生利用的高性能纤维具有巨大的潜在优势。然而，玄武岩纤维的表面性能差，难以集束和表面修饰，并且由于大部分成分为二氧化硅，耐碱性不佳，在面临特殊环境时应用性差。
此外，石墨烯作为高性能的新型材料，近年来也备受各界关注。但由于石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，在加工过程中易产生聚集，结构完整的石墨烯片面呈惰性状态，化学稳定性高，难以与聚合物相实现紧密结合，使得加工工艺(尤其熔融混炼工艺)很难将石墨烯分散在聚合物基体中，导致采用石墨烯和玄武岩纤维制备的复合材料不能充分发挥其功能。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备方法，以使得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具有环保，耐高温，高散热的复合材料。
为了实现上述目的，本发明提供一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，包括：石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂。
与现有技术相比，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料中，石墨烯分散体所含有的石墨烯不仅拥有耐高温、良好的导热性、化学稳定性等性能，还可以以分散体的形式存在，从而克服石墨烯所具有的片层结构中片与片之间存在较强的范德华力，使得石墨烯、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂在共混时不易聚集，从而保证所制备的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具有良好的性能良好的耐高温和散热性。而且，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料中，硅烷化玄武岩纤维易降解，且硅烷化玄武岩纤维均匀的分散在石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料中，使得硅烷化玄武岩纤维降解后，可以从降解物中分离出石墨烯和热塑性树脂，用以再生石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，由此可见，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具有比较好的环保性能。同时，本发明采用热塑性树脂作为石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维的溶剂，对硅烷化玄武岩纤维和石墨烯起到支撑作用。另外，由于硅烷化玄武岩纤维具有较好的表面活性和界面结合力，使得石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂间具有良好的界面相容性，使得三者之间可以混合均匀，以保证石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具有稳定的耐高温，高散热功能。不仅如此，当石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料所含有的硅烷化玄武岩纤维降解，所获得的降解物不易成块，使得利用降解物再生石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具有良好的加工性能。
本发明还提供一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，包括：
至少将石墨烯分散体和热塑性树脂混合均匀，得到混合物；
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。
与现有技术相比，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法的有益效果与上述技术方案所述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的有益效果相同，此处不做赘述。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
塑料材料各方面的性能优势使其应用范围越来越广，但大多数塑料因具有不可降解性而致使耐久不腐的塑料垃圾不断增加，曾经引以为傲的“白色革命”成为了人类为之头疼的“白色垃圾”。此外，在人们对材料的需求量不断加大的同时，各种工业生产中对材料各个方面性能品质的要求也不断提升，单一材料的性能己经不能满足需要，开发和研究高性能且环境友好型复合材料成为新材料发展领域的重点。
近年来，利用可再生资源开发新型复合材料越来越多的引起人们的关注。其中，玄武岩纤维作为绿色环保可再生利用的高性能纤维具有巨大的潜在优势。玄武岩纤维具有突出的耐温性能和良好的拉伸强度，在自然界中资源丰富，最重要的是可自然降解，与热塑性树脂制备的复合材料不仅性能优异，且属于环境友好型的产品。
此外，石墨烯作为高性能的新型材料，近年来也备受各界关注。石墨烯，是世界上已知的最薄材料，只有一个碳原子厚度，厚度为0.335纳米，仅为头发的20万分之一；高强度,最强的纳米材料，它的强度可达1000gpa，是钢的200倍，也比金钢石硬；高透光率,可见光透过率高达97.7％(每层只吸收2.3％的光)，几乎完全透明；比表面积大,比表面积高达2630m2/g，是单壁纳米碳管的两倍。石墨烯是目前世界上最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”。但由于石墨烯片与片之间存在较强的范德华力，在加工过程中易产生聚集，结构完整的石墨烯片面呈惰性状态，化学稳定性高，难以与聚合物相实现紧密结合，使得加工工艺(尤其熔融混炼工艺)很难将石墨烯分散在聚合物基体中。
本发明实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料包括：石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂。
具体实施时，将石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂混合，以得到石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。
通过上述具体实施过程可知，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，通过将石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维和热塑性树脂混合，克服了玄武岩纤维的表面性能差以及石墨烯易产生聚集的缺陷，并利用热塑性树脂作为石墨烯分散体、硅烷化玄武岩纤维的溶剂，使得使用石墨烯分散体和硅烷化玄武岩纤维相容，从而制备出具有环保、可再生、耐高温、高散热的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。
示例性的，上述石墨烯分散体为利用石墨烯分散剂和水进行分散处理的石墨烯质量百分比为4％的糊状石墨烯浆料。其中，石墨烯分散剂与石墨烯的重量比为(1～6)：(1～6)。本发明选用石墨烯分散剂和水对石墨烯进行分散处理，以处理后的石墨烯分散体为基料，克服了石墨烯在加工过程中易产生聚集的缺陷，使得在加工过程中，石墨烯可以更好的和硅烷化玄武岩纤维相容。应理解，通过上述石墨烯分散剂与石墨烯的配比，可以提高石墨烯分散效果。
值得注意的是，上述石墨烯分散剂为硅烷偶联剂和十二烷基硫酸钠中的一种或两种。上述硅烷偶联剂可以是γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合物。具体的，上述石墨烯分散剂可以为硅烷偶联剂，也可以为十二烷基硫酸钠，也可以为硅烷偶联剂和十二烷基硫酸钠的混合物。
示例性的，上述硅烷化玄武岩纤维为利用硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。该硅烷偶联剂水溶液的质量百分比为0.5％～2％。选用硅烷偶联剂水溶液对玄武岩纤维进行表面化处理，经过表面化处理的玄武岩纤维与热塑性树脂之间具有较好界面相容性，可提高界面结合力，进而提高石墨烯/玄武岩纤维复合材料的机械性能。
示例的，上述热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或多种。具体的，上述热塑性树脂可以为聚乙烯，可以为聚丙烯，可以为聚乙烯、聚丙烯，也可以是其他的组合方式，此相互不在列举。
示例的，上述热塑性树脂为分子量为20万～60万的聚乙烯、分子量为3000～5000的聚丙烯、分子量为5万～11万的聚氯乙烯、分子量为18万～22万的聚苯乙烯和分子量为15万～30万的丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物中的一种或多种。采用上述特定分子量的热塑性树脂，其作为石墨烯、玄武岩纤维的溶剂，表面张力较其他分子量的热塑性树脂更低，更有利于和石墨烯、玄武岩纤维相容。使用热塑性树脂和硅烷化玄武岩纤维制备的复合材料具有可降解，环境友好型的特点。
在一些实施例中，上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料还包括改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂。其中，该改性填料包括表面活性的二氧化硅和/或表面活性处理的碳酸钙。应理解，这里的改性填料可以是表面活性的二氧化硅，可以是表面活性处理的碳酸钙，也可以是表面活性的二氧化硅和表面活性处理的碳酸钙。上述改性填料均可以与热塑性树脂、石墨烯、硅烷化玄武岩纤维具有较佳的相容性，另一方面，上述改性填料具有硬度佳、耐磨性好和耐高温特点。由上可知，热塑性树脂、石墨烯、硅烷化玄武岩纤维与改性填料相互作用，不仅能提高复合材料各组分的相容性，还可以最大程度上提高复合材料的耐热性、刚性和抗冲击性。
需要说明的是，上述改性填料的改性方法是将上述改性填料采用表面活性剂进行处理，该表面活性剂是油酸或硬脂酸钠，表面活性剂的重量是改性填料的重量的2～4wt％。经油酸或硬脂酸钠活化处理的改性填料，其表面张力降低，使其更易与石墨烯、硅烷化玄武岩纤维、热塑性树脂相容，其分散性及相容性都大大提高。
上述增韧剂为具有核壳结构的丙烯酸酯类共聚物。上述具有核壳结构的丙烯酸酯类共聚物是以有机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳。通过加入具有核壳结构的增韧剂进一步解决了硅烷化玄武岩纤维加入导致复合材料的韧性差的问题。
上述相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。该相容剂在复合材料体系中兼具增容和增韧的作用，相容剂增强了亲水性改性石墨烯/玄武岩纤维和疏水性聚合物热塑性树脂的界面结合，有效改善改石墨烯、硅烷化玄武岩纤维与热塑性树脂基体的相容性，提高复合材料的综合力学性能。该相容剂还可产生能量耗散并改善应力的有效传递、增强石墨烯、硅烷化玄武岩纤维和基体的界面粘附，进一步提高复合材料的冲击强度和韧性等。本发明通过加入相容剂有效改善改性石墨烯、硅烷化玄武岩纤维与热塑性树脂基体的相容性，提高复合材料的综合性能。
上述流动改性剂为n,n’-乙撑双硬酯酰胺、硬脂酸丁酯、油酰胺和微晶石蜡中的一种或多种。本发明通过流动改性剂的加入，能够进一步提高石墨烯、硅烷化玄武岩纤维在热塑性树脂基体内的流动性，使三者更加均匀的融合，进而提高复合材料的机械性能。
可以理解的是，上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，以重量份数计，上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料包括以下组分：1份～6份的石墨烯、1份～6份的石墨烯分散剂、10份～25份的硅烷化玄武岩纤维、45份～75份的热塑性树脂、4份～8份的改性填料、6份～12份的增韧剂、2份～5份的相容剂、0.1份～1份的流动改性剂。
可以理解的是，上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，以重量份数计，上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料包括以下组分：2份～5份的石墨烯、2份～5份的石墨烯分散剂、15份～20份的硅烷化玄武岩纤维、50份～65份的热塑性树脂、5份～8份的改性填料、8份～10份的增韧剂、3份～5份的相容剂、0.1份～1份的流动改性剂。
本发明提供一种以热塑性树脂、石墨烯、玄武岩纤维为基材，通过对石墨烯进行分散处理，利用石墨烯、石墨烯分散剂和水进行适当的配比，合理地将石墨烯均匀的分散到水中，得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，再利用0.5～2％的硅烷偶联剂水溶液对玄武岩纤维进行表面处理，添加适量的改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂制作合成了一种具有环保耐高温的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。该复合材料可广泛应用于家电散热部件、汽车发动机周边材料及航空航天材料领域。
本发明实施例还提供一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，包括：至少将石墨烯分散体和热塑性树脂混合均匀，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。上述挤出机可以为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是该双螺杆挤出机的主喂料口与机头之间距离的0.5～0.75倍。当硅烷化玄武岩纤维喂料位置距离机头过长时，硅烷化玄武岩纤维更容易经受长时间的剪切破坏而导致长度变短，导致产品的力学性能变差。若距离机头过近，则硅烷化玄武岩纤维与其他组分之间混合不均匀，产品的力学性能仍然会受到影响，侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的1/2～3/4倍可以达到最好的混合效果，且不会导致硅烷化玄武岩纤维过短。
与现有技术相比，本发明提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法的有益效果与上述石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的有益效果相同，在此不做赘述。
具体的，上述至少将石墨烯分散体和热塑性树脂混合均匀，得到混合物前，该制备方法还包括：
将热塑性树脂进行干燥处理。上述干燥温度为80℃～100℃，干燥时间为4小时～6小时。
利用行星式球磨机将石墨烯与石墨烯分散剂均匀分散到水中，获得石墨烯分散体。
具体的，上述至少将石墨烯分散体和热塑性树脂混合均匀，得到混合物包括：
将石墨烯分散体、热塑性树脂、改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂在1000r/min～1500r/min速度下搅拌1分钟～3分钟，再在500r/min～1000r/min速度下搅拌1分钟～3分钟，得到混合物。
具体的，上述挤出机的加热温度为170℃～210℃，机头挤出温度为180℃～200℃。上述挤出机的主机螺杆转速为200r/min～300r/min，加料转速为20r/min～30r/min。该挤出机的主机螺杆的转速不可过快，若转速越快，剪切力越大，会导致硅烷化玄武岩纤维长度较短，强度降低，200～300r/min为适宜转速范围。在充分混合的情况下，控制转速，有效减少了高速剪切作用对硅烷化竹玄武岩纤维的损伤，制备出具有较高强度和韧性，良好的加工性能以及外观效果的石墨烯/玄武岩纤维增强热塑性树脂复合材料。由于热塑性树脂、石墨烯、石墨烯分散剂、硅烷化玄武岩纤维、改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂复合材料加工特性随温度有一定波动，为保证材料混合和成型的品质需求，对加热温度、机头温度、成型注塑温度以及加工时间等条件均须优化并严格合理管理。
下面结合实施例具体说明本发明提供的玻璃纤维增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法，以下实施例仅仅是对本发明的解释，而不是限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂55份、石墨烯2.5份、石墨烯分散剂2.5份、硅烷化玄武岩纤维20份、改性填料6份、增韧剂9份、相容剂4份和流动改性剂0.3份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为硅烷偶联剂，其型号为kh560。热塑性树脂采用分子量为3000～5000的聚丙烯。改性填料为表面活性的碳酸钙，改性填料的粒径为200～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为2:1，增韧剂的平均粒径为250～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。流动改性剂为n,n’-乙撑双硬酯酰胺。硅烷化玄武岩纤维为为利用质量百分比为0.5％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将55份分子量为3000～5000的聚丙烯树脂进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间4小时。
利用行星式球磨机将2.5份石墨烯与2.5份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的55份分子量为3000～5000的聚丙烯树脂，石墨烯分散体以及6份改性填料、9份增韧剂、4份相容剂和0.3份流动改性剂依次加入共混设备中，在1000r/min速度下搅拌3分钟，再在500r/min速度下搅拌1分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为195℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为280r/min，加料转速为25r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.65倍。
实施例2
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂60份、石墨烯5份、石墨烯分散剂5份、硅烷化玄武岩纤维18份、改性填料4份、增韧剂6份、相容剂2份和流动改性剂0.1份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为硅烷偶联剂，其型号为kh560。热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯，其组分的质量比为1:1:1:1:1。聚乙烯的分子量为20～60万，聚丙烯的分子量为3000～5000，聚氯乙烯的分子量为5～11万，聚苯乙烯的分子量为18～22万，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物的分子量为15～30万。改性填料为表面活性的碳酸钙和表面活性的二氧化硅，其组分的质量比为1:1，改性填料的粒径为200nm～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为3:1，增韧剂的平均粒径为250～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。流动改性剂为n,n’-乙撑双硬酯酰胺、硬脂酸丁酯、油酰胺和微晶石蜡，其组分的质量比为1:1:1:1。硅烷化玄武岩纤维为为利用质量百分比为2％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将60份热塑性树脂进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间4小时。
利用行星式球磨机将5份石墨烯与5份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的60份热塑性树脂，石墨烯分散体以及4份改性填料、6份增韧剂、2份相容剂和0.1份流动改性剂依次加入共混设备中，在1000r/min速度下搅拌3分钟，再在500r/min速度下搅拌3分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为180℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为250r/min，加料转速为20r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.5倍。
实施例3
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂57份、石墨烯3份、石墨烯分散剂3份、硅烷化玄武岩纤维15份、改性填料8份、增韧剂8份、相容剂5份和流动改性剂0.3份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为十二烷基硫酸钠。热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯，其组分的质量比为1:1:1。聚乙烯的分子量为20～60万，聚丙烯的分子量为3000～5000，聚氯乙烯的分子量为5～11万。改性填料为表面活性的二氧化硅，改性填料的粒径为200～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为1:1，增韧剂的平均粒径为250～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。流动改性剂为硬脂酸丁酯、油酰胺和微晶石蜡，其组分的质量比为1:1:1。硅烷化玄武岩纤维为为利用质量百分比为1％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将57份热塑性树脂进行干燥处理，干燥温度为85℃，干燥时间4小时。
利用行星式球磨机将3份石墨烯与3份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的57份热塑性树脂，石墨烯分散体以及8份改性填料、8份增韧剂、5份相容剂和0.3份流动改性剂依次加入共混设备中，在1200r/min速度下搅拌2分钟，再在800r/min速度下搅拌2分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将15份硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为200℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为300r/min，加料转速为25r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.65倍。
实施例4
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂50份、石墨烯4份、石墨烯分散剂4份、硅烷化玄武岩纤维20份、改性填料7份、增韧剂10份、相容剂4.5份和流动改性剂0.5份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为硅烷偶联剂，其型号为kh560。十二烷基硫酸钠。热塑性树脂为分子量为20万～60万的聚乙烯。改性填料为表面活性的二氧化硅，改性填料的粒径为200nm～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为1.5:1，增韧剂的平均粒径为250nm～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物。流动改性剂为微晶石蜡。硅烷化玄武岩纤维为利用质量百分比为1.5％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将50份热塑性树脂进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间4小时。
利用行星式球磨机将4份石墨烯与4份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的50份热塑性树脂，石墨烯分散体以及7份改性填料、10份增韧剂、4.5份相容剂和0.5份流动改性剂依次加入共混设备中，在1500r/min速度下搅拌1分钟，再在500r/min速度下搅拌3分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为200℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为280r/min，加料转速为27r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.7倍。
实施例5
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂45份、石墨烯1份、石墨烯分散剂1份、硅烷化玄武岩纤维10份、改性填料4份、增韧剂6份、相容剂2份和流动改性剂0.1份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为硅烷偶联剂，其型号为kh560。热塑性树脂为聚氯乙烯、聚苯乙烯和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，其组分的质量比为1：1：1。其中，聚氯乙烯的分子量为5万～11万、聚苯乙烯的分子量为18万～22万和丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物的分子量为15万～30万。改性填料为表面活性的碳酸钙，改性填料的粒径为200nm～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为2:1，增韧剂的平均粒径为250nm～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯—辛烯共聚物。流动改性剂为n,n’-乙撑双硬酯酰胺。硅烷化玄武岩纤维为为利用质量百分比为0.5％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将45份热塑性树脂进行干燥处理，干燥温度为90℃，干燥时间5小时。
利用行星式球磨机将1份石墨烯与1份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的45份热塑性树脂，石墨烯分散体以及4份改性填料、6份增韧剂、2份相容剂和0.1份流动改性剂依次加入共混设备中，在1100r/min速度下搅拌2分钟，再在510r/min速度下搅拌2分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为185℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为200r/min，加料转速为20r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.6倍。
实施例6
本实施例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料，按重量份数计，组分如下：热塑性树脂75份、石墨烯6份、石墨烯分散剂6份、硅烷化玄武岩纤维25份、改性填料5份、增韧剂12份、相容剂3份和流动改性剂0.7份，配比如表1所示。
其中，石墨烯为增强型石墨烯(型号se1430)，石墨烯分散剂为十二烷基硫酸钠。热塑性树脂为聚乙烯、聚丙烯，其组分的质量比为1:1。聚乙烯的分子量为20万～60万，聚丙烯的分子量为3000～5000。改性填料为表面活性处理的碳酸钙，改性填料的粒径为200nm～500nm。增韧剂为以机硅氧烷-丙烯酸酯复合橡胶相为核，以甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物为壳的丙烯酸酯类共聚物，丙烯酸酯与有机硅氧烷的重量比为1:1，增韧剂的平均粒径为250～350nm。相容剂为马来酸酐接枝乙烯—辛烯共聚物。流动改性剂为n,n’-乙撑双硬酯酰胺、硬脂酸丁酯、油酰胺和微晶石蜡，其组分的质量比为1:1:1:1。硅烷化玄武岩纤维为为利用质量百分比为1％硅烷偶联剂水溶液进行表面处理的玄武岩纤维。
本实施例提供的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法，为以下步骤：
将75份热塑性树脂进行干燥处理，干燥温度为100℃，干燥时间6小时。
利用行星式球磨机将6份石墨烯与6份硅烷偶联剂，均匀分散到水中，制备得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，即石墨烯分散体。
将经干燥处理后的75份热塑性树脂，石墨烯分散体以及5份改性填料、12份增韧剂、3份相容剂和0.7份流动改性剂依次加入共混设备中，在1200r/min速度下搅拌2分钟，再在800r/min速度下搅拌2分钟，得到混合物。
利用强制喂料方式将混合物加入挤出机的主喂料口中，利用侧喂料方式将15份硅烷化玄武岩纤维加入挤出机的侧喂料口中，熔融造粒，获得石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
上述挤出机为双螺杆挤出机。双螺杆挤出机的加热温度为170～210℃，1段/170℃，2段/180℃，3段/190℃，4段/200℃，5段/210℃，6段/210℃，7段/200℃，8段/200℃，9段/195℃。机头挤出温度为190℃。双螺杆挤出机的主机螺杆转速为260r/min，加料转速为30r/min。双螺杆挤出机的侧喂料口与机头之间的距离是主喂料口与机头之间距离的0.75倍。
对比例1
本对比例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料与实施例1基本相同，仅组分配比不同。按重量份数计，本对比例中组分如下：热塑性树脂70份、石墨烯2.5份、石墨烯分散剂2.5份、硅烷化玄武岩纤维5份、改性填料6份、增韧剂9份、相容剂4份和流动改性剂0.3份，配比如表1所示。
本对比例的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法与实施例1相同。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
对比例2
本对比例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料为：将实施例1中的改性填料去除，其重量组分增加至热塑性树脂，其他组分重量不变。
本对比例的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法与实施例1相同。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
对比例3
本对比例中的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料与实施例2基本相同，不同点在于：聚乙烯的分子量为1～10万，聚丙烯的分子量为1000～8000，聚氯乙烯的分子量为1～20万，聚苯乙烯的分子量为2～16万，丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物的分子量为10～50万。
本对比例的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料的制备方法与实施例2相同。获得的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能如表2所示。
表1一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备的原料及配比
单位：wt％
表2一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备性能
上述实施例中，拉伸强度、断裂伸长率按照国标gb/t1040.2-2006进行测试.弯曲强度、弯曲模量按照国标gb/t9341-2000进行测试。悬臂梁缺口冲击强度按照国标gb/t1843-2008进行测试。溶体流动速率按照国标gb/t3682-2000进行测试。
从表1和表2中可以看出，按照本发明实施例1-6的组分及制备方法制备得到的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料具备良好的力学性能和机械性能。
另外，通过比较对比例1与本发明的实施例1-6，可以得出，对比例1中玄武岩纤维的含量不在本发明的限制范围内，复合材料的力学性能(拉伸强度，弯曲强度，缺口冲击强度)很差，限制了其在很多领域的应用。
通过比较对比例2与本发明的实施例1-6，可以得出，由于对比例2中没有使用改性填料，导致其力学性能较差，复合材料在强度和韧性较差，在实际应用中受到限制。
通过比较对比例3与本发明的实施例，可以得出，由于对比例3中热塑性树脂非本发明限定的分子量的热塑性树脂，导致石墨烯、玄武岩纤维与基体热塑性树脂以及其他组分的相容性较差，复合材料力学性能不足，在实际应用中受到限制。
由上可知，本发明提供了一种以热塑性树脂、石墨烯、玄武岩纤维为基材，通过对石墨烯进行分散处理，得到石墨烯含量为4％的糊状石墨烯浆料，再利用0.5～2％的硅烷偶联剂水溶液对玄武岩纤维进行表面处理，添加适量的改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂制作合成了一种具有环保耐高温的石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料。通过加入改性填料，使得热塑性树脂和石墨烯、硅烷化玄武岩纤维与改性填料相互作用，不仅能提高复合材料各组分的相容性，还可以最大程度上提高复合材料的耐热性、刚性和抗冲击性。通过加入具有核壳结构的增韧剂进一步解决了硅烷化玄武岩纤维加入导致复合材料的韧性差的问题。通过加入相容剂有效改善改性石墨烯、玄武岩纤维与热塑性树脂基体的相容性，提高复合材料的综合性能。通过加入流动改性剂，能够进一步提高石墨烯、硅烷化玄武岩纤维在热塑性树脂基体内的流动性，使三者更加均匀的融合，进而提高复合材料的机械性能。
并且通过本发明石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料特定的组分配比，能够提高石墨烯、玄武岩纤维与热塑性树脂的相容性，从而提高石墨烯、玄武岩纤维在热塑性树脂基体内的分散性和溶体流动性，使石墨烯、玄武岩纤维与热塑性树脂能够更有效的融合，进一步提高石墨烯、玄武岩纤维对热塑性树脂的增强效果，从而提高复合材料的机械性能。使得该复合材料可广泛应用于家电散热部件、汽车发动机周边材料及航空航天材料领域。
在材料加工方面，本发明中实现热塑性树脂、石墨烯、石墨烯分散剂、玄武岩纤维、改性填料、增韧剂、相容剂和流动改性剂的混合，采用但不限于挤出工艺，其材料成型采用但不限于注塑工艺。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。