[發明專利]氧化石墨烯-碳纖維混雜增強形狀記憶復合材料制備方法

有效

• 申請號: 202110634526.5
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113400634B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 趙蘭蘭;馬玉欽;李飛;鞠錄巖;梁軍浩;虢海銀
• 申請（專利權）人: 金華卡夢新材料科技有限公司
• 主分類號: B29C61/06
• 分類號: B29C61/06;B29C64/118;B29C64/386;B33Y10/00;B33Y50/00;C08L101/00;C08K7/06;C08K3/04
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種氧化石墨烯?碳纖維混雜增強形狀記憶復合材料制備方法，將三維打印技術與真空浸滲和熱壓成型工藝相結合，在保證復合材料浸滲微觀組織理想、缺陷得到有效控制、形狀記憶性能優良的基礎上，根據制件結構形狀的要求，設計制造不同結構形狀的三維打印與真空浸滲熱壓成型復合材料件，進而實現復合材料制件結構形狀的多樣化，并減少復合材料制件的制造周期。所制備的復合材料形狀固定率可達97.12％，形狀回復率可達97.15％，形狀記憶性能優良，解決了傳統工藝生產形狀記憶聚合物在形狀與尺寸上的單一性問題，能夠成型復雜幾何形狀的制品，且由于計算機的輔助作用，使得操作過程簡單，縮短設計制造周期，有效改善復合材料制備效果。

技術領域

本發明涉及形狀記憶復合材料制備領域，具體是一種氧化石墨烯-碳纖維混雜增強 形狀記憶復合材料的制備方法。

背景技術

形狀記憶聚合物是一種可以在外部激勵作用下由變形狀態恢復到原始狀態的新型 智能高分子材料。形狀記憶聚合物以其密度低、可回復形變量大等顯著優勢被廣泛應用于航空航天、武器裝備等先進制造領域，但是由于此類聚合物材料力學性能較差， 使得形狀記憶聚合物的廣泛應用受到極大限制。目前，一些科研工作者將形狀記憶聚 合物與力學特性優異的增強體結合制備出既具形狀記憶功能又兼具高強度高剛度等良 好力學性能的形狀記憶復合材料，這種新型多功能復合材料具有廣泛的研究前景。

目前，連續纖維增強熱塑性復合材料成型工藝方法主要有熱壓成型、拉擠成型、纏繞成型以及樹脂傳遞模塑成型(RTM)等。然而，采用以上工藝制備氧化石墨烯- 碳纖維混雜增強形狀記憶復合材料可能會存在納米結構的氧化石墨烯易團聚且難以在 復合材料中均勻分散、制件形狀較為單一、工藝過程繁瑣等制備局限性。

三維打印技術即增材制造技術，是一種將打印模型按照層厚分解為無數層薄片，并將這些薄片進行逐層堆積制備三維實體的先進成型工藝。該成型工藝用于成型具有 復雜幾何形狀的制品，操作過程簡單、產品穩定性好且成型過程通常在計算機的輔助 作用下完成，可用于形狀記憶聚合物疊層片的打印和成型。三維打印技術的應用，能 夠顯著提升工業制造、醫療設備等制造領域的工藝水平。

氧化石墨烯-碳纖維混雜增強的形狀記憶復合材料中碳纖維體積分數高，纖維與纖 維之間的間隙小且不均勻，復合材料中還可能混雜著雜質氣體，要實現氧化石墨烯在復合材料中的充分均勻浸滲較為困難，在真空的環境下浸滲能夠有效排出其中的雜質 氣體，獲得較為充分均勻的浸滲效果。三維打印出的形狀記憶聚合物疊層片在常溫下 屬于硬質固態物質，很難跟涂覆過氧化石墨烯的碳纖維布粘合在一起，這就需要在加 熱的情況下，讓三維打印出的形狀記憶聚合物疊層片處于粘流態，并施加擠壓力使三 維打印形狀記憶聚合物疊層片和涂覆過氧化石墨烯的碳纖維布粘合在一起，形成氧化 石墨烯-碳纖維混雜增強的形狀記憶復合材料。

在公開號為CN109629076A的發明創造中針對普通增強體不具備形狀記憶功能或形狀記憶聚合物力學性能較低的問題，提出了一種將形狀記憶聚合物纖維與連續纖維 進行編織，并以該混編織物作為復合材料的增強體的制備方法，該方法有效保證了增 強體的形狀記憶與力學特性。但該方法不能制備氧化石墨烯-碳纖維混雜增強的形狀記 憶復合材料，且增強體編織過程復雜，要求操作人員具有較高的技術水平，生產效率 低、復合材料質量穩定性不易保證。

在公開號CN109897375B的發明專利中提出了一種高強度柔性環氧樹脂改性氰酸酯樹脂/碳纖維形狀記憶復合材料及其制備方法，該制備方法采用增韌氰酸酯樹脂作為 基體可以解決形狀記憶聚合物在實際應用中力學性能較低、形變回復率較慢等問題， 具有操作簡單、成本較低等明顯優勢。但該發明未提及納米尺度的氧化石墨烯和微米 尺度的碳纖維混雜增強的形狀記憶復合材料的制備問題，且未提到采用三維打印技術 用于支撐結構形狀較為復雜的形狀記憶復合材料的制備方法，能夠成型的復合材料結 構和形狀較少。

發明內容