[發明專利]一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811365488.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109504036B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 黃軍同;侯小龍;劉明強;秦文貞;李喜寶;馮志軍
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08K7/24;C08K9/12;C08K7/06;C08K3/24
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

1.一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料，其特征在于：所述復合材料由膨脹石墨在高粘結力的環氧樹脂中通過三輥研磨機剝離制備得到微納米石墨薄片強化的環氧樹脂基體以及功能化的氧化物納米粒子改性的碳纖維為增強體復合組成。

2.根據權利要求1所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：

(1)先將0.1～5.0wt％的膨脹石墨原料加入到95.0～99.9wt％的環氧樹脂中進行2～20min的攪拌混合；

(2)再將步驟(1)中的混合物通過三輥研磨機進行剝離，循環剝離2～20次后得到微納米石墨薄片環氧樹脂混合物，隨后將其在60℃～90℃水浴中進行5～30min的加熱；

(3)將0.2～5.0wt％氧化物納米粒子分散在95.0～99.8wt％的上漿劑溶液中進行功能化，隨后將碳纖維布放入含氧化物納米粒子的上漿劑中浸漬1～30min后取出，使得功能化的氧化物納米粒子沉積在碳纖維布上；

(4)將得到的微納米石墨薄片/環氧樹脂混合物與固化劑混合均勻，混合物與固化劑的質量比為1.5～2.5，然后采用鋪層法將微納米石墨薄片/環氧樹脂及固化劑的混合物涂覆在經過氧化物納米粒子改性的碳纖維布表面，反復鋪帖成所需的尺寸，用真空袋密封完整，制件鋪疊每6～8層碳纖維進行一次抽真空，最后在熱壓罐中經過一定的加熱加壓固化制度固化后，得到微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料。

3.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中膨脹石墨原料的碳含量≥95％，粒度大小0.5～6.0mm。

4.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(1)中所述的環氧樹脂為熱塑型液體AG-80環氧樹脂。

5.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(2)中的三輥研磨機的三輥速率的轉速比為N3(進料輥):N2(中心輥):N1(出料輥)在1:1.5:3～1:3:9以內，每個輥軸之間的間隙為0.02～0.2mm。

6.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中氧化物納米粒子選自鎂鋁尖晶石(MgAl₂O₄)、氧化鋁(Al₂O₃)、二氧化硅(SiO₂)、氧化鎂(MgO)、莫來石(3Al₂O₃·2SiO₂)的任意一種或多種，其顆粒尺寸均≤200nm。

7.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中上漿劑溶液采用94～98wt％的1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液、1～5wt％環氧樹脂、0.2～1wt％固化劑均勻混合而成。

8.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(3)中的碳纖維布為碳纖維平紋織物、碳纖維斜紋織物和碳纖維緞紋織物中的任意一種。

9.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，其特征在于：步驟(4)中復合材料在熱壓罐中加熱加壓固化制度為室溫升至115～125℃，加壓至0.3～0.6MPa，保溫30～60min，升溫至145～160℃，保壓至0.5～0.7MPa，保溫2h～3h，升溫速率均≤5℃/min，然后自然降至室溫。

10.根據權利要求2所述的一種微納米石墨薄片環氧樹脂基/改性碳纖維復合材料的制備方法，步驟(4)中的固化劑為4,4'-二苯砜二胺(DDS)。