[發明專利]一種碳纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201310414028.5
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103437158A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 蔡燕;劉瓊馨;瞿研
• 申請（專利權）人: 常州第六元素材料科技股份有限公司
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74;D06M15/55;D06M15/41;D06M15/423;D06M101/40
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

技術領域

本發明屬于碳纖維復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯改性碳纖維黏合樹脂涂覆的碳纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維（carbon?fiber）具有碳材料的固有本征特性，且兼具紡織纖維的柔軟可加工性，是新一代增強纖維。與傳統的玻璃纖維（GF）相比，楊氏模量是其3倍多；它與凱芙拉纖維（KF-49）相比，不僅楊氏模量是其2倍左右，而且在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹，耐蝕性好。

碳纖維是強度高、密度低、耐腐蝕、耐高溫、耐疲勞和抗蠕變等性能優異，可以代替鋼材和合金作為復合材料中的增強材料，從而在航空航天、汽車和運動器材等領域獲得了廣泛地應用。近年來，人們對于碳纖維復合材料，尤其是維材料的性能要求也越來越高。纖維生產技術的日趨成熟，碳纖維自身的性能已經得到了很大的提高，而碳纖維的性能的提高則受到粘合劑的制約。

現有的碳纖維的粘合劑多為環氧樹脂、酚醛樹脂和聚氨基樹脂，它們具有粘結力強、耐化學腐蝕等優點，CN102797157A公開了一種碳纖維浸漬液，包括液料A和液料B制成；所述液料A包括如下材料制成：樹脂、增韌劑、固化劑、交聯劑、內脫模劑、偶聯劑、阻聚劑，消泡劑；所述液料B包括如下材料制成：飽和樹脂、苯乙烯、活性二價金屬氧化物、防沉降劑。該專利提供的碳纖維浸漬液不采用離型紙、不需要烘干、沒有可揮發性溶劑，設備簡單、操作方便。

但是，現有的碳纖維的粘合劑脆性大，嚴重影響了碳纖維的力學性能。本領域亟需開發一種粘結力強、耐化學腐蝕、韌性好、力學性能優異的的碳纖維復合材料。

發明內容

本發明的目的之一在于提供碳纖維復合材料，所述碳纖維復合材料的粘結力強、耐化學腐蝕、韌性好、力學性能優異。

本發明所述的碳纖維復合材料包括碳纖維布，以及涂覆在碳纖維布上的石墨烯改性碳纖維黏合樹脂。

本發明所述石墨烯改性碳纖維黏合樹脂包括黏合樹脂、固化劑和石墨烯粉。

以石墨烯為增強體制備樹脂基復合材料，然后再將所述復合材料作為粘合劑涂覆并熱壓入碳纖維中，制備成石墨烯改性的碳纖維黏合樹脂/碳纖維復合材料。

石墨烯具有優異的力學性能、優越的電子運輸能力和優良的電化學性能。本發明將石墨烯均勻地分散在碳纖維黏合樹脂中，然后將該樹脂體系熱壓涂覆于碳纖維上，從而石墨烯也就很好的分散在碳纖維的各個孔隙中，得到碳纖維復合材料。

本發明所述石墨烯改性碳纖維黏合樹脂中，石墨烯粉的質量百分比為0.05～1wt%，例如0.1wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、0.9wt%等。

優選地，所述石墨烯粉為片狀石墨烯粉末，所述片狀石墨烯粉末優選厚度為1～10nm，平面最大尺寸為1～5μm的石墨烯粉。所述片狀石墨烯粉末的厚度典型但非限制性的選自2nm、4nm、5nm、7nm、8nm、9nm等；平面最大尺寸典型但非限制性的選自1.2μm、1.7μm、3μm、3.7μm、4.2μm、4.7μm等。

本發明的目的之二是提供一種如目的之一所述的碳纖維復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

（1）制備石墨烯改性碳纖維黏合樹脂；

（2）將石墨烯改性碳纖維黏合樹脂涂布于碳纖維布上，熱壓成型得到碳纖維復合材料。

步驟（1）所述石墨烯改性碳纖維黏合樹脂包括0.05～1wt%的石墨烯粉，例如0.1wt%、0.3wt%、0.4wt%、0.6wt%、0.8wt%、0.9wt%等。

優選地，步驟（1）所述石墨烯改性碳纖維黏合樹脂包括40～70wt%的黏合樹脂、30～60wt%的固化劑以及0.05～1wt%的石墨烯粉，所述石墨烯改性樹脂各組分之和為100wt%。

其中，所述黏合樹脂選自環氧樹脂、酚醛樹脂或聚氨基樹脂中的任意一種，優選縮水甘油醚類環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂、線型脂肪族類環氧樹脂或脂環族類環氧樹脂中的任意1種；進一步優選雙酚A環氧樹脂、雙酚S環氧樹脂、雙酚F環氧樹脂、環氧化線型酚醛樹脂、對氨基苯酚三縮水甘油基環氧樹脂中的任意1種，特別優選優選雙酚A環氧樹脂或雙酚F環氧樹脂中的任意1種。

所述固化劑選自改性脂肪族胺類固化劑、芳香族二胺類固化劑、雙氰胺類固化劑、咪唑類固化劑、有機酸酐類固化劑、有機酰肼類固化劑、路易斯酸固化劑或微膠囊類固化劑中的任意1種，進一步優選為雙氰胺類固化劑。

本發明步驟（1）所述石墨烯改性碳纖維黏合樹脂的制備方法為：首先將配方量的石墨烯粉與固化劑混合，研磨攪拌；然后向混合物中加入黏合樹脂，繼續研磨。