[發明專利]一種導電碳纖維復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201310485848.3
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103525013A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 沈小軍;路帆;曹正寧;孟令軒;王振安
• 申請（專利權）人: 嘉興市隆鑫碳纖維制品有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;C08K3/04;C08K7/00;C08K3/08;C08J5/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于聚合物基復合材料領域，具體地說是涉及一種導電碳纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維增強環氧基復合材料具有比強度和比剛度高，可設計性強，抗疲勞斷裂性能好，耐腐蝕，結構尺寸穩定性好以及便于大面積整體成形的獨特優點，現已成為國民經濟、國防建設和科技發展中無法代替的重要材料，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品及性能優異的輪胎簾子線等。但是由于環氧樹脂是絕緣的，因而普通的碳纖維增強環氧基復合材料的導電性比較差。隨著碳纖維復合材料天然氣罐的推廣，要求碳纖維復合材料具有良好的導電性，從而可以有效地導走靜電。所以有必要進一步提高碳纖維復合材料的導電性能。

一維銅納米線具有優異的導電性能，因而已有大量關于銅納米線提高聚合物導電性能的研究報道。二維石墨烯也具有優異的導電性能，也有不少關于石墨烯提高聚合物導電性能的研究報道。由于銅納米線為一維金屬材料，而石墨烯為二維碳材料，兩者同時使用可望形成網絡結構，并可能產生協同效果。并且，目前還沒有石墨烯/銅納米線協同提高碳纖維增強環氧基復合材料導電性能的研究報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種導電碳纖維復合材料及其制備方法。

本發明的技術方案如下：

本發明提供的導電碳纖維復合材料是用石墨烯和銅納米線為無機納米填料，以環氧樹脂為聚合物基體，然后通過溶液共混法先把無機納米填料和環氧樹脂混合，再把混合好的樹脂基體通過涂覆法與碳纖維復合到一起，最后通過模壓成型固化得到復合材料制品。

本發明提供的導電碳纖維復合材料的制備方法，其步驟如下：

1)將石墨烯分散在乙醇中，配制濃度為0.01-20g/L的石墨烯乙醇溶液，然后，再用功率為300-1000W的超聲設備對所述石墨烯乙醇溶液進行超聲處理0.5-5小時，得石墨烯乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的石墨烯乙醇溶液中加入銅納米線和環氧樹脂使其濃度分別為0.01-60g/L和200g/L，得到混合液，并且用磁力攪拌器攪拌混合液5-30分鐘，然后再用功率為300-1000W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理0.5-5小時；

3)將步驟2)經超聲處理的混合液放入溫度為50-80攝氏度的烘箱中，烘10-48小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入化學當量的固化劑，在室溫下磁力攪拌10-20分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)把步驟4)所得的混合物涂覆在碳纖維表面，然后把涂過環氧樹脂混合物的碳纖維層疊在一起，通過模壓的方法，成型固化得到復合材料制品。

本發明的優點和特點是：

采用二維的碳納米材料(石墨烯)與一維的金屬納米材料(銅納米線)協同改性碳纖維增強環氧基復合材料，充分發揮二者各自優異的導電性能的同時產生一定的協同效應，使制備的復合材料具有優異的導電性能，其電導率由210S/cm提高到6500S/cm。

具體實施方式

實施例1

1)將石墨烯分散在乙醇中，配制濃度為0.01g/L的石墨烯乙醇溶液，然后，再用功率為1000W的超聲設備對所述石墨烯乙醇溶液進行超聲處理0.5小時，得石墨烯乙醇溶液；

2)在步驟1)所得的石墨烯乙醇溶液中加入銅納米線和環氧樹脂使其濃度分別為20g/L和200g/L，得到混合液，并且用磁力攪拌器攪拌混合液30分鐘，然后再用功率為1000W的超聲設備對所述混合液進行超聲處理0.5小時；

3)將步驟2)經超聲處理的混合液放入溫度為80攝氏度的烘箱中，烘10小時，再用真空泵抽出所述混合液中的乙醇溶劑，至混合液無氣泡止；

4)向步驟3)的混合液中加入化學當量的固化劑，在室溫下磁力攪拌20分鐘，得到混合物，然后邊磁力攪拌邊用真空泵抽取混合物中的氣泡，至混合物中無氣泡止；

5)把步驟4)所得的混合物涂覆在碳纖維表面，然后把涂過環氧樹脂混合物的碳纖維層疊在一起，通過模壓的方法，成型固化得到復合材料制品。經測試，所得復合材料的電導率為1500S/cm。

實施例2

1)將石墨烯分散在乙醇中，配制濃度為1g/L的石墨烯乙醇溶液，然后，再用功率為300W的超聲設備對所述石墨烯乙醇溶液進行超聲處理5小時，得石墨烯乙醇溶液；