[發明專利]一種石墨烯?氮化硼纖維復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711150776.1
• 申請日: 2017-11-18
• 公開（公告）號: CN107869047A
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 高超;陳琛;韓燚;李拯
• 申請（專利權）人: 杭州高烯科技有限公司
• 主分類號: D06M11/74
• 分類號: D06M11/74
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 黃歡娣,邱啟旺

技術領域

本發明屬于復合纖維領域，尤其涉及一種石墨烯-氮化硼纖維復合材料及其制備方法。

背景技術

氮化硼纖維作為一種新型高溫陶瓷纖維，它具有不同尋常的綜合性能，如耐高溫、耐化學腐蝕、優異的介電性能，以及與材料界面良好的化學相容性，成為陶瓷基復合材質天線罩的最佳增強材料之一，在航空、航天及導彈武器技術等領域中占據著不可或缺的重要地位。在國內，氮化硼纖維的制備方法主要是無機化學轉化法。由于制備工藝的特殊性以及材料自身的特點，使得氮化硼纖維的防潮性能較差。水會和氮化硼發生反應形成一層氧化硼層，進而轉化為硼酸進一步吸潮，這一現象影響了纖維綜合性能的提高，進而制約了其纖維復合材料的發展，因此氮化硼纖維表面防潮保護涂層技術的引入勢在必行。在氮化硼纖維表面進行涂層處理，不僅可以提高纖維的防潮性能，提高纖維的抗水蒸氣侵蝕能力，增加纖維性能的穩定性，而且可以對纖維表面氣孔、微裂紋等缺陷進行修補，改善纖維的表面性能，提高纖維的抗拉強度。

石墨烯是一種具有單原子層厚度的二維碳材料，具有低密度、極高的力學強度、熱導率和電導率和優良的耐腐蝕性。石墨烯中的六元碳環具有極小的空隙，幾乎所有分子都無法從石墨烯層中穿過，因此許多人嘗試采用石墨烯涂層或復合的方法制作隔水隔氧蔡材料。氮化硼表面的氧化硼具有高親水性，和氧化石墨烯上的含氧官能團可形成強作用力，形成有效涂覆。因此利用純石墨烯交聯氮化硼纖維，可以通過非熔融的手段實現氮化硼纖維的集束和無紡布化，不僅能很好地維持氮化硼纖維的力學強度、耐水性，而且能提高材料的導電導熱性，降低整體比重，可用作高性能復合材料的填充體。

本發明利用氧化石墨烯在溶劑中的溶脹和融合作用制備得到純石墨烯交聯的氮化硼纖維，相比于熔融交聯的方法能更好保持氮化硼纖維本身的強度，相比于采用其他化學方法交聯更為簡單易行，綠色環保。由于石墨烯本身的高導電性、高導熱性、阻隔性等性能，在對氮化硼纖維表面涂覆后，可以提升氮化硼纖維本身的導電導熱性和耐水性，并且由于石墨烯交聯的存在，氮化硼纖維表面可形成導電導熱網絡，在用于復合材料的增強體使可以更加有效地實現增強。

發明內容

由于難以集束，導電導熱性差，耐水性不好，現有的氮化硼纖維的應用范圍受到了限制。本發明的目的是針對現有的技術不足，提供一種石墨烯-氮化硼纖維復合材料及其制備方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種石墨烯-氮化硼纖維復合材料，石墨烯包覆在氮化硼纖維表面，氮化硼纖維表面與石墨烯片通過范德華力和氫鍵連接。氮化硼纖維之間通過包覆在表面的石墨烯實現交聯，形成無捻紗，無紡布或短切氈。

一種石墨烯-氮化硼纖維復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)使用氧化石墨烯分散液對氮化硼纖維進行表面涂覆，干燥后得到表面涂覆有氧化石墨烯的氮化硼纖維。

(2)將涂覆氧化石墨烯的氮化硼纖維置于溶劑中進行表面溶脹，然后將纖維合并經干燥后形成所述無捻紗，或將纖維相互搭接經干燥后形成所述無紡布或短切氈，干燥溫度低于100℃。

(3)還原后得到石墨烯-氮化硼纖維復合材料。

進一步地，所述步驟(1)中氧化石墨烯分散液的濃度為7mg/g，分散劑為水、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙醇、乙二醇、N-甲基吡咯烷酮、四氫呋喃、二甲亞砜、二甘醇、吡啶、二氧六環、丁酮、異丙醇等。

進一步地，所述步驟(1)中使用氧化石墨烯分散液對氮化硼纖維進行多次涂覆，每次涂覆后干燥，最終干燥后的氧化石墨烯層厚度為3μm。

進一步地，所述步驟(2)中溶劑為水、甲醇、乙醇、異丙醇、乙二醇、丙三醇、二甘醇等醇類、甲酸、醋酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、丙烯酸等有機酸、丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氫呋喃、二甲亞砜、N-甲基吡咯烷酮、吡啶、二氧六環、氯化鈉的水溶液、氯化鈣的水溶液、硝酸鈉的水溶液、硝酸鈣的水溶液、磷酸鈉的水溶液、氯化鉀的水溶液、氯化銨的水溶液、氫氧化鉀的水溶液、氫氧化鈉的水溶液或這些溶液的混合液。

進一步地，所述步驟(3)中還原方法為使用氫碘酸、水合肼、維他命C、硼氫化鈉等化學還原劑進行還原或100～600℃熱還原。

本發明的有益效果在于：

(1)純石墨烯作為氮化硼纖維表面分布均勻，界面附著強度高，浸泡在溶劑中不脫落。