[發明專利]一種石墨烯/聚合物涂層界面改性碳/碳復合材料的方法

無效

• 申請號: 201210268257.6
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102795873A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 姜再興;李晶波;張大偉;黃玉東;劉麗;田雪松;周波;李萌;布赫;張冬潔;馬梓陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C04B35/83
• 分類號: C04B35/83;C01B31/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 金永煥

1.一種石墨烯/聚合物涂層界面改性碳/碳復合材料的方法，其特征在于石墨烯/聚合物涂層界面改性碳/碳復合材料的方法是按以下步驟完成：

一、石墨氧化：首先將強氧化酸和硝酸鹽混合均勻，然后加入石墨，并從室溫降溫至-5℃~0℃，混合均勻后在攪拌速度為100rpm~300rpm、滴加速度為80mg/min~120mg/min的條件下加入含鉀強氧化劑，然后將升溫至10℃~30℃，并繼續在攪拌速度為300rpm~500rpm攪拌5h~10h，得到反應混合液，然后將反應液轉移至溫度為10℃~50℃的溫水浴條件下，并繼續反應40min~2h，得到反應液，然后加入90℃~100℃的熱水反應液沸騰并持續沸騰20min~5h，再加入質量分數為55%~65%的雙氧水水溶液，并攪拌混合均勻，然后靜置0.5h~1h，再采用超純水水洗，水洗至離心分離得到的濾餅中無SO₄^2-為止，將所得液體過濾，最后在-35℃~-50℃冷凍干燥3h~24h，即得到氧化石墨粉體；

二、制備氧化石墨烯溶液：首先向氧化石墨粉體中加入溶劑，攪拌混勻后得到氧化石墨溶液，然后置于超聲振蕩器上，并采用直接超聲震蕩或間接超聲震蕩，即得到氧化石墨烯溶液；

三、提純：在離心轉速為3000rpm~10000rpm下將步驟二中得到的氧化石墨烯溶液進行離心處理，并將離心得到的上清液在溫度為-35℃~-50℃下冷凍干燥3h~24h，即得到氧化石墨烯粉末；

四、制備石墨烯：首先將氧化石墨烯粉末加入溶劑中，并在超聲波功率為300W~500W的條件下超聲處理10min~60min，然后加入肼，并繼續在超聲波功率為300W~500W的條件下超聲處理20min~40min，然后過濾，并將過濾得到的固體采用去離子水洗滌5~10次，將最后一次水洗得到的固體在溫度為-35℃~-50℃下冷凍干燥3h~24h，即得到石墨烯；

五、制備石墨烯/聚合物涂層溶液：在攪拌速度為300rpm~1000rpm下將石墨烯、聚合物依次溶于溶液中，并繼續在攪拌速度為300rpm~1000rpm下攪拌10min~60min，即得到石墨烯/聚合物涂層溶液；

六、碳纖維的涂層處理：首先將碳纖維放入石墨烯/聚合物涂層溶液中在功率為150W~300W的超聲輔助下浸漬0.5h~1.5h，然后將浸漬后碳纖維取出，并在溫度為50℃~150℃下烘干1h~24h，即得到涂層處理過的碳纖維；

七、碳化處理：①、首先將涂層處理過的碳纖維放入模具中，然后抽真空至真空度為-0.5MPa~-1.5MPa為止，并在真空度為-0.5MPa~-1.5MPa下將基體樹脂吸入模具中直至基體樹脂充滿模具為止，然后在壓力為2MPa~10MPa、溫度為500℃下進行第一次碳化，碳化時間為10h~36h，即完成模具內涂層處理過的碳纖維的第一次碳化；②、將第一次碳化后的碳纖維的模具抽真空至真空度為-0.5MPa~-1.5MPa為止，并在真空度為-0.5MPa~-1.5MPa下將基體樹脂吸入模具中直至基體樹脂充滿模具為止，然后在壓力為2MPa~10MPa、溫度為800℃下進行第二次碳化，碳化時間為10h~36h，即完成模具內涂層處理過的碳纖維的第二次碳化；③、將第二次碳化后的碳纖維的模具抽真空至真空度為-0.5MPa~-1.5MPa為止，并在真空度為-0.5MPa~-1.5MPa下將基體樹脂吸入模具中直至基體樹脂充滿模具為止，然后在壓力為2MPa~10MPa、溫度為1200℃下進行第三次碳化，碳化時間為10h~36h，即完成模具內涂層處理過的碳纖維的第三次碳化；④、以步驟七①至步驟七③操作操作過程為一個碳化周期，共經歷2~6個碳化周期；⑤、將碳化后的碳纖維的模具加熱至2200℃~2400℃，并在10MPa~15MPa下進行石墨化處理10h~24h，即得到石墨烯/聚合物涂層界面改性碳/碳復合材料；

步驟一中所述的強氧化酸與硝酸鹽的質量比為(2~40):1；步驟一中所述加入的石墨與硝酸鹽的質量比為(0.4~8):1；步驟一中所述加入的含鉀強氧化劑與硝酸鹽的質量比為(0.4~10):1；步驟一中所述加入的55%~65%雙氧水水溶液與硝酸鹽的質量比為(10~40):1；步驟二中所述加入的溶液與氧化石墨固體的質量比為100:(0.01~5.00)；步驟四中所述的氧化石墨烯粉末與溶劑的質量比為100:(0.01~0.5)；步驟四中所述加入的肼與溶劑的質量比為1:(2~5000)；步驟五中所述的石墨烯與聚合物的質量比為1:(1~100)；步驟五中所述的石墨烯和聚合物的總質量與溶液的質量比為1:(1~1000)。