[發(fā)明專利]一種直立式石墨烯碳纖維復(fù)合物的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110995696.6
• 申請(qǐng)日: 2021-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113622184A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃世耀;羅理;石雷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶信合啟越科技有限公司
• 主分類號(hào): D06M10/06
• 分類號(hào): D06M10/06
• 代理公司: 重慶樂(lè)泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 50221
• 代理人: 劉念芝

本發(fā)明公開(kāi)了一種直立式石墨烯碳纖維復(fù)合物的制備方法，該方法采用PECVD，通過(guò)直流電等離子體增強(qiáng)的方式解離含碳?xì)庠?，在碳纖維上原位生長(zhǎng)直立式的石墨烯片層，從而制得石墨烯碳纖維復(fù)合材料，并且該方法通過(guò)卷對(duì)卷的方式進(jìn)行放置，通過(guò)滾軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)碳纖維移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)、大批量的生產(chǎn)。該方法獲得石墨烯碳纖維，石墨烯片層與碳纖維為原位生長(zhǎng)，十分的牢靠，有效的增大了碳纖維表面積，改善和增強(qiáng)碳纖維界面性能，與樹(shù)脂基體之間能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的“機(jī)械嚙合力”。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳纖維復(fù)合材料領(lǐng)域，涉及一種直立式石墨烯碳纖維復(fù)合物的制備方法，直立式石墨烯碳纖維復(fù)合物材料可以增強(qiáng)該材料界面性能。

技術(shù)背景

碳纖維是指經(jīng)高溫碳化，含碳量超過(guò)85％以上的纖維材料。碳纖維作為一種高性能纖維，因具有比強(qiáng)度高，比模量高，熱膨脹系數(shù)小，摩擦系數(shù)低，耐低溫性能良好等特性而成為近年來(lái)樹(shù)脂基復(fù)合材料重要的增強(qiáng)材料，被廣泛的應(yīng)用在飛機(jī)，衛(wèi)星，導(dǎo)彈，汽車(chē)以及電子，體育等領(lǐng)域中。不過(guò)由于碳纖維表面呈惰性，比表面積小，邊緣活性原子少，表面能低和樹(shù)脂浸潤(rùn)性及兩界面粘結(jié)性差，復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度(ILSS)低，從而影響復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮，制約了碳纖維在先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

石墨烯(Graphene)是一種新型碳材料。它是一種完全由sp²雜化的碳原子構(gòu)成的厚度僅為單原子層和數(shù)個(gè)單原子層。具有高透光性和導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、高比較面積、高強(qiáng)度及柔韌性等優(yōu)異的性能。

目前，為了改善碳纖維與樹(shù)脂基體等的黏合性、提高復(fù)合材料的層間剪切力而須進(jìn)行的表面處理方法主要有增加碳纖維的極性基團(tuán)、增加表面積，以達(dá)到提高與樹(shù)脂的浸潤(rùn)性和黏合力。目前使用石墨烯與碳纖維制備復(fù)合材料的方法有幾種。

CN102534870B公開(kāi)了一種石墨烯改性的聚丙烯腈碳纖維的制備方法，采用石墨烯混入碳纖維制備原液中，再經(jīng)過(guò)紡絲工藝制備石墨烯改性的碳纖維。該種方法雖然可以改進(jìn)與樹(shù)脂基體結(jié)合極性基團(tuán)少的問(wèn)題，但是混入碳纖維內(nèi)部的石墨烯會(huì)導(dǎo)致碳纖維原本的各種特性強(qiáng)度下降。CN101462889A公開(kāi)了一種石墨烯與碳纖維復(fù)合材料及其制備方法。采用涂覆的方法在碳纖維材料表面涂覆石墨烯涂層而成。CN109921035A公開(kāi)了一種碳纖維等離子體接枝氧化石墨烯的表面改性的辦法，采用氧化石墨烯作為碳纖維的表面接枝材料，將碳纖維通過(guò)等離子體表面改性，在纖維表面引入大量極性基團(tuán)，使碳纖維更好的接枝氧化石墨烯，而后再接枝氧化石墨烯，形成高性能的復(fù)合材料。CN111826633A公開(kāi)了一種連續(xù)碳纖維復(fù)合石墨烯制備裝備，該方法主要采用石英管作為容器，通過(guò)外部爐膛加熱，再通過(guò)外置射頻電源對(duì)氣體進(jìn)行解離。同時(shí)也用到了卷軸聯(lián)動(dòng)的方式來(lái)進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。但是石英管作為容器限制了反應(yīng)的最高溫度，其次石英管體積也限制了生產(chǎn)的效率，如果采用大型石英管，外部加熱又很難在石英管內(nèi)部短時(shí)間內(nèi)對(duì)樣品進(jìn)行均勻加熱。卷軸聯(lián)動(dòng)的方式雖然可以一定提高橫向的生產(chǎn)效率，但是外部加熱在移動(dòng)過(guò)程中也同樣存在加熱不均勻情況，使得石墨烯成膜的一致性和均勻性產(chǎn)生差異和不穩(wěn)定，質(zhì)量難以控制。

以上公開(kāi)的方法，主要是在碳纖維表面包覆一層石墨烯，從而形成一種石墨烯碳纖維的復(fù)合材料，但由于碳纖維與石墨烯本質(zhì)上是分開(kāi)的兩種成分，復(fù)合材料的穩(wěn)定度不高，其次復(fù)合材料表面復(fù)合的是一層薄膜，在與樹(shù)脂基體黏合中對(duì)穩(wěn)定性提升有限。同時(shí)也有利用卷軸聯(lián)動(dòng)期望提高生產(chǎn)效率的設(shè)計(jì)，但是與之匹配的設(shè)備卻無(wú)法滿足大規(guī)模生產(chǎn)期望，需要重新進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容