[發明專利]一種增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201711053666.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107674385B
• 公開（公告）日: 2019-07-12
• 發明（設計）人: 向東;李維;李云濤
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L77/06;C08L75/04;C08K7/24;C08K3/04;C08K7/06;B29C70/48
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 房立普

1.一種增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、制備復合填料懸浮液的步驟，該復合填料為石墨烯和碳納米管的混合填料；

S2、制備聚合物料溶液的步驟，該聚合物為熱塑性聚氨酯或尼龍；

S3、制備紡絲液，將步驟S1制備的復合填料懸浮液和步驟S2制備的聚合物溶液混合，高速機械攪拌形成均勻的溶液，得到紡絲溶液；

S4、采用靜電紡絲法將紡絲溶液紡成纖維絲均勻涂覆在碳纖維織物表面，然后真空干燥，得到涂覆纖維絲的碳纖維織物；

S5、采用真空輔助樹脂傳遞模塑技術將步驟S4得到的碳纖維織物制成碳纖維復合材料層壓板。

2.如權利要求1所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

S11、石墨烯懸浮液的制備

將石墨烯微片超聲分散在溶劑中，得到石墨烯懸浮液；

S12、碳納米管懸浮液的制備

將碳納米管分散劑在加熱條件下溶解在溶劑中，然后加入定量的碳納米管，超聲分散，直至容器底部無黑色顆粒物為止，得到碳納米管懸浮液；

S13、將制備的石墨烯懸浮液和碳納米管懸浮液按一定比例混合，進行超聲分散和高速機械攪拌，得到復合填料懸浮液，復合填料懸浮液中碳納米管與石墨烯的重量比為1:0.04～1:0.24，填料總質量分數為2％～5％，該懸浮液在室溫下靜置一周不產生分層。

3.如權利要求2所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S11中，石墨烯微片的平均厚度為6～8nm，比表面積為120～150m²/g，氧含量<1％，制備石墨烯懸浮液時，超聲功率100～500W，超聲分散時間1～3h。

4.如權利要求2所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S12中，碳納米管分散劑的用量重量為碳納米管量的0.4～0.7倍。

5.如權利要求4所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，步驟S12中，加熱溫度至40～60℃，超聲功率100～500W，超聲時間1～3h。

6.如權利要求1所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：將熱塑性聚氨酯或者尼龍粉末加入到溶劑中，加熱至60～180℃，攪拌，直到完全溶解，冷卻至室溫；紡絲溶液中熱塑性聚氨酯或者尼龍的質量分數為10～20％，其中，所述尼龍為尼龍6、尼龍66或者尼龍12中的一種或者至少兩種的混合物。

7.如權利要求2～6任意一項所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S1和S2使用的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺或四氫呋喃或兩者的混合物。

8.如權利要求7所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述紡絲溶液中，聚合物重量與復合填料重量比為1：(0.03～0.15)。

9.如權利要求8所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述步驟S4具體為：用注射針管抽取配置好的紡絲溶液，安裝上針頭作為紡絲噴頭，配置一臺輸出電壓為30～100KV的高壓靜電發生器，將高壓電源正極接針頭，負極接碳纖維織物，碳纖維織物設置在轉筒上，在針尖與碳纖維織物之間產生高壓靜電場，調節紡絲電壓、紡絲溶液流量、針頭與碳纖維之間的距離以及轉筒的轉速，使紡絲溶液均勻涂覆在碳纖維表面上，通過控制噴涂次數控制纖維膜的厚度。

10.如權利要求9所述的增韌降阻碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于，所述紡絲電壓為30～50kV，紡絲溶液流量為0.5～2mL/h，針頭和碳纖維之間的距離為20～30cm，針尖直徑為0.2～0.4mm，轉筒的線性轉動速度在2～4m/s，紡成纖維直徑為50～500nm，厚度為20～50μm。