[發(fā)明專利]碳纖維/氧化石墨烯/有機(jī)硅樹脂多維混雜復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410366098.2
• 申請日: 2014-07-29
• 公開（公告）號: CN104151581B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉麗;武光順;黃玉東;馬麗春;張慶波;謝非;王芳;姜波
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08J5/10
• 分類號: C08J5/10;C08J5/06;C08L83/04;C08K9/02;C08K9/06;C08K3/04;C08K7/06
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種碳纖維/氧化石墨烯/有機(jī)硅樹脂(CF/GO/SR)多維混雜復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

碳纖維/硅樹脂基復(fù)合材料由于具有優(yōu)異的耐高溫性、耐候性及易于加工成型的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用到航空航天領(lǐng)域。但是碳纖維增強(qiáng)硅樹脂基復(fù)合材料的機(jī)械性能(彎曲、拉伸、沖擊等)較弱，而且硅樹脂和碳纖維的界面粘合性能較差，嚴(yán)重影響了硅樹脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中的進(jìn)一步應(yīng)用。

眾所周知，界面相是復(fù)合材料特有的、極其重要的組成部分，界面相的結(jié)構(gòu)和特性直接影響著碳纖維與基體樹脂之間的應(yīng)力傳遞方式與擴(kuò)散路徑，對復(fù)合材料材料的綜合性能(強(qiáng)度、韌性以及環(huán)境穩(wěn)定性等)起至關(guān)重要的作用。好的界面能降低應(yīng)力集中，使應(yīng)力從基體樹脂向纖維傳遞，極大的提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，為了提高碳纖維/有機(jī)硅樹脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度等力學(xué)性能，適應(yīng)新一代航天飛行器的要求，提高碳纖維增強(qiáng)硅樹脂基復(fù)合材料的界面性能就顯得很有必要。

改善碳纖維與硅樹脂的界面粘合性能，就要從碳纖維和基體樹脂兩個方面入手。碳纖維原絲表面為亂層石墨結(jié)構(gòu)，活性反應(yīng)基團(tuán)較少，表面能低，與硅樹脂的浸潤性及界面粘合性能差，因此，碳纖維原絲必須經(jīng)過表面改性處理，增加參與界面反應(yīng)的活性官能團(tuán)，使基體樹脂與碳纖維參與化學(xué)反應(yīng)，以化學(xué)健的方式來提高與基體樹脂之間的界面粘合性能。硅樹脂表面張力小、表面能低，而且硅樹脂分子間作用力小，有效交聯(lián)密度低，使其機(jī)械性能較差。為了提高硅樹脂的機(jī)械性能，可以添加性能優(yōu)異的碳納米材料到硅樹脂中，不僅增強(qiáng)硅樹脂，而且使其界面相中含有特殊的納米組元，改善了界面結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高碳纖維增強(qiáng)硅樹脂基復(fù)合材料的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決碳纖維表面活性基團(tuán)少，與基體樹脂浸潤性差，從而導(dǎo)致碳纖維增強(qiáng)硅樹脂基復(fù)合材料界面粘合強(qiáng)度低、力學(xué)性能差的的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種碳纖維/氧化石墨烯/有機(jī)硅樹脂多維混雜復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一、氧化石墨的制備：把裝有4～8g納米石墨的三口燒瓶放入冰水浴中，緩慢加入9～18g?KMnO₄和200～400mL濃H₂SO₄/H₃PO₄的混合液(濃H₂SO₄/H₃PO₄的體積比為9∶1)，機(jī)械攪拌0.5～2h使其充分混合均勻；然后升溫到40～60℃反應(yīng)12～18h，反應(yīng)結(jié)束后，滴加700～900mL蒸餾水，接著繼續(xù)緩慢滴加15～30mL30％H₂O₂，溶液逐漸變?yōu)榱咙S色，用5％稀HCl和蒸餾水反復(fù)洗滌，離心過濾，直到濾液成中性，40～80℃下真空干燥得到氧化石墨；

二、氧化石墨烯的制備：稱取0.37～3.74g氧化石墨加入到100～500mL蒸餾水中，利用超聲粉碎機(jī)探頭超聲振蕩20～40分鐘，然后離心洗滌，40～80℃下真空干燥得到氧化石墨烯粉末；

三、氧化石墨烯的氨丙基烷基化處理：將0.5～1g氧化石墨烯浸入到100～200mL甲苯溶液中，常溫下超聲20～40min，然后加入3.1～6.2g3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)，操作過程均在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行，20～40℃反應(yīng)2～4h，80～100℃加熱回流反應(yīng)2～4h，隨后冷卻，用適量的甲苯洗滌，過濾，在40～80℃真空干燥得到氨基化的氧化石墨烯；