[發明專利]一種取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710083562.0
• 申請日: 2017-02-16
• 公開（公告）號: CN106867199B
• 公開（公告）日: 2019-03-05
• 發明（設計）人: 沈小軍;黨蕊瓊;楊曉慧;聶會捷;黨晨陽;毛卡杰
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 福州市眾韜專利代理事務所(普通合伙) 35220
• 代理人: 方金芝;黃秀婷

本發明涉及一種取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料，其特征在于：該復合材料由多個以下復合材料單元依次疊加而成，所述的復合材料單元包括碳纖維布層、環氧樹脂基體層和位于碳纖維布層與環氧樹脂基體層之間的氧化石墨烯層，所述的氧化石墨烯層中的氧化石墨烯取向地分散于碳纖維布層與環氧樹脂基體層之間并且取向方向與碳纖維布層的碳纖維方向平行。本發明通過自然沉降工藝，不用有機溶劑，通過氧化石墨烯自身表面的官能團的親和力，使得氧化石墨烯取向并相互牢固得結合在一起，在碳纖維表面形成一層致密的隔離膜，從而提高碳纖維復合材料的抗滲透能力。

技術領域

本發明屬于聚合物基復合材料的制備領域，具體地說是涉及一種取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

碳纖維/環氧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型的獨特優點,而被廣泛應用于航空航天、體育器材、汽車等國民經濟各個領域。但是碳纖維復合材料致密性不夠好，對于氫氣等特別小的分子的抗滲透能力欠佳。

石墨烯是當前最受矚目的新型材料，它具有優異的力學性能(強度、模量)、電學性能及導熱性能，因而成為近期人們研究的熱點。有科研人員對石墨烯改善環氧樹脂的力學性能進行了報道，研究表明少量石墨烯的加入可以有效改善環氧樹脂的強度、韌性。Rafiee等的研究表明，石墨烯在改善環氧樹脂的力學性能方面要優于碳納米管，主要是由于石墨烯具有更高的比表面積及石墨烯粗糙表面與環氧基體互相嚙合導致更強的界面結合。

發明內容

為了解決現有技術所存在的上述問題，本發明提供一種取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料及其制備方法。它通過自然沉降工藝，不用有機溶劑，通過氧化石墨烯自身表面的官能團的親和力，使得氧化石墨烯取向并相互牢固的結合在一起，并在碳纖維表面形成一層致密的隔離膜，從而提高材料整體的抗滲透能力。

本發明包括如下技術方案：

一、技術方案一：

一種取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料，其特征在于：該復合材料由多個以下復合材料單元依次疊加而成，所述的復合材料單元包括碳纖維布層、環氧樹脂基體層和位于碳纖維布層與環氧樹脂基體層之間的氧化石墨烯層，所述的氧化石墨烯層中的氧化石墨烯取向地分散于碳纖維布層與環氧樹脂基體層之間并且取向方向與碳纖維布層的碳纖維方向平行。

進一步地，所述氧化石墨烯層與所述的碳纖維布層的質量比為0.001-0.10：1。

二、技術方案二：

取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料的制備方法，其步驟如下：

1)取氧化石墨烯，配成濃度為0.05-5mg/ml的氧化石墨烯水溶液，用超聲功率為300-1000W的超聲設備超聲10-60分鐘；

將碳纖維布貼合在容器底部，然后將步驟1)超聲好的氧化石墨烯水溶液均勻的倒入上述容器中，接著將碳纖維布中的氣泡趕出并使碳纖維布貼合在容器底部，之后將容器放入烘箱中，80℃干燥24小時；

之后在沉積有氧化石墨烯的碳纖維布表面均勻涂覆上環氧樹脂層，即得復合材料單元；

2)之后通過層壓工藝，將多層復合材料單元在溫度為150℃且壓力為5MPa下熱壓2小時，即得所述的取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料。

本發明提供的取向氧化石墨烯改性碳纖維復合材料是通過自然沉降工藝，不用有機溶劑，通過氧化石墨烯自身表面的官能團的親和力，使得氧化石墨烯取向并相互牢固得結合在一起，在碳纖維表面形成一層致密的隔離膜，再用層壓法與環氧樹脂復合到一起，最后固化得到復合材料制品。