[發(fā)明專利]一種基于石墨烯增韌高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料電池托盤的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810646809.X
• 申請(qǐng)日: 2018-06-21
• 公開（公告）號(hào): CN108673911B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李愛軍;劉立起;賈林濤;邵忠;夏匯浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué);上海康碳復(fù)合材料科技有限公司
• 主分類號(hào): B29C70/34
• 分類號(hào): B29C70/34;B29C70/54;B29L31/34
• 代理公司: 上海新隆知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31366
• 代理人: 金利琴

本發(fā)明公開了一種基于石墨烯增韌高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料電池托盤的制備裝置及制備方法，利用本發(fā)明裝置實(shí)現(xiàn)的方法包括先將石墨烯和低粘度可反應(yīng)分散劑進(jìn)行超聲分散制備得到石墨烯分散液，然后再把石墨烯分散液直接均勻噴灑在碳纖維織物表面，調(diào)配一定濃度的增韌樹脂，再采用碳纖維預(yù)浸料的制備工藝，經(jīng)連續(xù)浸漬、烘干制備得到石墨烯增韌碳纖維預(yù)浸料，然后經(jīng)鋪層、模壓、固化制備得到所需的石墨烯增韌樹脂基碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明制作的電池托盤跟現(xiàn)有技術(shù)相比體重明顯減小，且更穩(wěn)固。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于石墨烯增韌高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料電池托盤的制備裝置及其制備方法。

背景技術(shù)

電池性能和汽車的輕量化決定了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，直接影響到新能源汽車的發(fā)展和普及。如何在保證電池模塊安全的基礎(chǔ)上，使其進(jìn)一步輕量化已成為材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)熱點(diǎn)。電動(dòng)汽車的電池托盤用以固定和保護(hù)電池，當(dāng)前主要采用金屬材料，保證在電動(dòng)汽車快速行駛中電池的牢固平穩(wěn)。盡管金屬托盤在剛度和強(qiáng)度上能滿足要求，但質(zhì)量比較重。

碳纖維樹脂基復(fù)合材料是以碳纖維為增強(qiáng)體、有機(jī)合成樹脂為基體的一類復(fù)合材料，基體通常為熱固性樹脂，如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂或酚醛樹脂，也可以是熱塑型樹脂，如聚醚酰亞胺(PEI)、己聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。樹脂基碳纖維復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高韌性、質(zhì)輕、耐腐蝕、抗疲勞、結(jié)構(gòu)功能可設(shè)計(jì)、可大面積成型等特點(diǎn)廣泛用作結(jié)構(gòu)材料及耐高溫抗燒蝕材料，是其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料所無法比擬的。

將石墨烯與碳纖維基體進(jìn)行有效復(fù)合，制備結(jié)構(gòu)功能一體化的復(fù)合材料，是發(fā)揮石墨烯優(yōu)異特性、提升復(fù)合材料性能的有效途徑。石墨烯以穩(wěn)定的碳六元環(huán)存在，其單層呈現(xiàn)二維周期性類蜂窩狀結(jié)構(gòu)。石墨烯具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)熱/導(dǎo)電性能和機(jī)械性能。同時(shí)石墨烯相比于碳納米管具有微米級(jí)的平面尺寸，不易發(fā)生纏結(jié)和團(tuán)聚，更容易實(shí)現(xiàn)在基體中的高效分散和網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，例如呈類藤狀編織結(jié)構(gòu)或魚鱗狀交織結(jié)構(gòu)，可有效起到增強(qiáng)基體(樹脂)的作用，從而使得樹脂基體的力學(xué)性能得到有效提高(30％-50％)。

在CN106207029A《一種電動(dòng)汽車電池托盤及制造方法》中，電池托盤分為側(cè)圍、中縱梁、隔框、底板等。其中側(cè)圍和中縱梁選用T300碳纖維布/YPH-42T環(huán)氧樹脂預(yù)浸料；隔框選用GDUD400纖維/ERPIQ環(huán)氧樹脂預(yù)浸料；底板選用T300碳纖維布/YPH-42T環(huán)氧樹脂預(yù)浸料。即各部件分別選用不同強(qiáng)度碳纖維布或玻璃纖維鋪層，再在其上涂相應(yīng)的環(huán)氧樹脂預(yù)浸料，層層鋪就，再選用真空袋方式成型，后送入烤箱固化。側(cè)圍與中縱梁采用膠鉚連接，連接面涂膠，隔框與側(cè)圍采用抽芯鉚釘進(jìn)行連接，連接面涂膠，最后將底板與以上部件采用愛牢達(dá)(Araldite)進(jìn)行膠接連接。

這樣制備出的托盤，重量有很大的減少，但是由于環(huán)氧樹脂基/碳纖維復(fù)合材料的增強(qiáng)相碳纖維與基體環(huán)氧樹脂間的浸潤性較差、纖維與樹脂基體的性能失配、且固化后基體相環(huán)氧樹脂交聯(lián)密度高，因此當(dāng)用此種方式制備的電池托盤在受到大力擠壓或劇烈動(dòng)載荷時(shí)，會(huì)表現(xiàn)出內(nèi)應(yīng)力大、質(zhì)地硬脆、耐沖擊性能差的特點(diǎn)。并且膠接和鉚接的部位往往是應(yīng)力集中點(diǎn)，當(dāng)外加應(yīng)力大于許用應(yīng)力時(shí)，膠接或鉚接處開裂斷裂，由于相連兩部分的剛度和強(qiáng)度不同，在受力時(shí)變形也就不同，二者分離時(shí)，易對(duì)托盤內(nèi)的電池造成突然性的猛烈擠壓，程度大時(shí)有可能引起電池的爆炸。

由于碳纖維沿著纖維軸向擇優(yōu)取向的同質(zhì)多晶的結(jié)構(gòu)特性，它在未經(jīng)表面處理前活性比表面積小，邊緣的活性碳原子數(shù)目少，表面能低且接觸角大，致使其與樹脂基體的界面粘接力較為微弱。因此，當(dāng)碳纖維復(fù)合材料在受力的過程中往往會(huì)因?yàn)榻缑娴奶崆捌茐亩鴮?dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能失效。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景技術(shù)所涉及的問題，本發(fā)明提出了一種基于石墨烯增韌高性能碳纖維樹脂基復(fù)合材料電池托盤的制備裝置及其制備方法。

本發(fā)明可通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：