[發明專利]一種石墨烯改性碳纖維復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201910730250.3
• 申請日: 2019-08-08
• 公開（公告）號: CN110421920A
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 張媛
• 申請（專利權）人: 重慶工程職業技術學院
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;B32B9/04;B32B37/10;D06M11/74;D06M15/55;D06M11/64;D06M101/40
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 張嚴芳

本發明公開了一種石墨烯改性碳纖維復合材料的制備方法，解決了現有的碳纖維層與石墨烯層間結合力以及碳纖維單體之間的結合力差，從而導致整個碳纖維復合材料的層間結合力較差的問題。本發明包括如下步驟：對碳纖維進行刻蝕處理得到表面孔隙；采用石墨烯水溶液分別對碳纖維進行浸涂，在浸涂時采用抽負壓的方式促進石墨烯水溶液進入表面孔隙以及碳纖維之間的間隙中；將浸涂的碳纖維進行干燥處理；在步驟3得到的碳纖維上涂覆環氧樹脂層得到復合材料單元；將多個復合材料單元進行層壓得到復合材料，相鄰兩個復合材料單元垂直排列而得到正交的復合材料。本發明具有碳纖維復合材料層間結合力好，耐穿刺能力強等優點。

技術領域

本發明涉及碳纖維復合材料制備技術領域，具體涉及一種石墨烯改性碳纖維復合材料的制備方法。

背景技術

碳纖維是是由有機纖維經過一系列熱處理轉化而成，含碳量高于90％的無機高性能纖維，是一種力學性能優異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼備紡織纖維的柔軟可加工型，是新一代增強纖維。

碳纖維的主要用途是與樹脂、金屬、陶瓷等基體復合，制成結構材料。碳纖維增強環氧樹脂復合材料，其比強度、比模量綜合指標，在現有結構材料中是最高的。在密度、剛度、重量、疲勞特性等有嚴格要求的領域，在要求高溫、化學穩定性高的場合，碳纖維復合材料都頗具優勢。

但是隨著人們對技術的進一步探索，材料的應用條件越來越苛刻，這就要求碳纖維復合材料的性能得到進一步地提高。

石墨烯(Graphene)是一種由碳原子以sp²雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的二維碳納米材料。石墨烯具有優異的光學、電學、力學特性，具體表現為：導熱系數為5300W/mK，室溫下的載流子遷移率15000cm2/(V.s)，理論楊氏模量1.0TPa，在材料學、微納加工、能源、生物醫學和藥物傳遞等方面具有重要的應用前景，被認為是一種未來革命性的材料。

正因為石墨烯的可觀性能，將其應用到碳纖維材料中，可以改善碳纖維復合材料的性能，也出現了大量相關技術研究，有將石墨烯直接作為中間層來提高整個碳纖維復合材料的性能，但是層間結合力差，在使用過程中容易發生層裂等，另外，因此，有必要對石墨烯和碳纖維的結合方式進行改進，以期得到性能更好，能持久使用的石墨烯改性碳纖維復合材料。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：現有的碳纖維層與石墨烯層間結合力以及碳纖維單體之間的結合力差，從而導致整個碳纖維復合材料的層間結合力較差。

本發明提供了解決上述問題的一種石墨烯改性碳纖維復合材料的制備方法。

本發明通過下述技術方案實現：

包括如下步驟：

步驟1：對碳纖維進行刻蝕處理得到表面孔隙；

步驟2：采用石墨烯水溶液分別對碳纖維進行浸涂，在浸涂時采用抽負壓的方式促進石墨烯水溶液進入表面孔隙以及碳纖維之間的間隙中；

步驟3：將浸涂的碳纖維進行干燥處理；

步驟4：在步驟3得到的碳纖維上涂覆環氧樹脂層得到復合材料單元；

步驟5：將多個復合材料單元進行層壓得到復合材料，相鄰兩個復合材料單元垂直排列而得到正交的復合材料。

本發明通過在碳纖維表面進行刻蝕形成孔隙，這樣在石墨烯水溶液進行浸涂時，會進入到孔隙中，對于孔隙小難以進入的情況，本發明采用在碳纖維下方抽真空的方式，在上方氣壓的作用下，石墨烯水溶液可以更好地進入孔隙中，而對于碳纖維單體之間的間隙由于也存在孔隙，石墨烯水溶液不僅僅結合在碳纖維表面還會進入到碳纖維單體之間的間隙以及孔隙中，由于石墨烯呈片狀，會以不同形態穿插在其中，一方面，提高了碳纖維層和石墨烯層之間的結合力，有效減少層裂，另一方面，可以提高碳纖維單體間的結合力。