CN108976792A - 石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法 - Google Patents

石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法 Download PDF

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李嘉
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Abstract

本发明涉及石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，该复合材料由双马树脂预浸料和石墨烯薄膜按照层叠的方法铺贴制成坯料，采用热压罐、烘箱或其他方法固化而成，得到的石墨烯/双马树脂复合材料具有重量轻、耐高温、力学性能及导电导热性好等特点，在航空航天、电子信息和高新技术领域中有广泛用途。

Description

石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，属于高分子复合材料领域。
背景技术
双马来酰亚胺（BMI）是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物，可以与多种化合物共聚改性为韧性耐热树脂，因其主链含有芳环和氮杂环结构，赋予这类树脂以耐高温、耐湿热、耐辐射、高绝缘、耐摩擦、阻燃、力学性能良好、尺寸稳定性好等多种优异性能，在国防、航空航天、电子等领域得到广泛的应用。
石墨烯作为一种新型纳米材料，与碳纳米管等材料相比具有稳定的晶格结构及极高的载流子，具有极好的电导率、热导率。目前石墨烯材料主要作为填料与其他组分混合，改善材料的电性能、热性能及其他性能，但存在以下主要问题：（1）目前主要方法是将石墨烯分散在其他材料中制备复合材料，该方案很难解决石墨烯的分散问题，使用机械方法容易造成石墨烯的破坏，而化学分散剂并不适用于基体粘度高的体系，无法充分发挥石墨烯的性能；（2）在基体中分散的石墨烯如果比例低，无法发挥石墨烯的协同性能，复合材料导电导热等性能不高；如果比例高，材料的综合力学性能急剧下降，完成不能满足工程上的要求。
现有的石墨烯复合材料不能同时达到导热导电性能高、综合力学性能好，难以满足实际需要，限制石墨烯材料的广泛应用。因此，开发一种导热导电性能高、综合力学性能好的新型石墨烯复合材料具有重要的意义。
发明内容
为解决现有技术中的上述技术问题，本发明提供了石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，该复合材料由双马树脂预浸料和石墨烯薄膜按照层叠的方法铺贴制成胚料，采用热压罐、烘箱或其他方法固化而成，得到的石墨烯/双马树脂复合材料具有重量轻、耐高温、力学性能及导电导热性好等特点，在航空航天、电子信息和高新技术领域中有广泛用途。
为了实现本发明，其采用了如下技术方案：
一种石墨烯/双马树脂复合材料，其特征在于：该复合材料包括共固化的双马树脂预浸料层和石墨烯薄膜层。
进一步地，所述双马树脂预浸料层是由双马树脂、纤维和纤维织物组成的增强材料复合而成的预浸料。
进一步地，所述双马树脂由含双马来酰亚胺单体及同系物、含二烯丙级双酚A单体及同系物及其他增韧改性剂组成，所述纤维由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或石英纤维，所述纤维织物为碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物或石英纤维织物。
进一步地，所述石墨烯薄膜由石墨烯本体制成。
进一步地，所述石墨烯薄膜由石墨烯与其他材料共混后制成，石墨烯在薄膜中的质量比例为0.01%～100%。
进一步地，所述石墨烯薄膜由石墨烯与聚芳醚酮复合而成，石墨烯质量百分含量为50%。
制备上述石墨烯/双马树脂复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据模具尺寸裁剪双马树脂预浸料及石墨烯薄膜；
（2）将裁剪好的石墨烯薄膜在4-乙炔基苯胺溶液中室温超声24～48小时后取出，真空干燥；
（3）将裁剪好的双马树脂预浸料与步骤（2）得到的石墨烯薄膜在模具上采用间隔或不间隔的顺序铺贴，得到铺贴好的复合材料胚料；
（4）根据石墨烯/双马树脂复合材料的共固化制度，将铺贴好的复合材料胚料采用热压罐、压机、烘箱或其他设备固化，脱模后得到石墨烯/双马树脂复合材料。
进一步地，所述步骤（3）中，用电熨斗压平双马树脂预浸料及石墨烯薄膜，根据工艺要求采用抽真空预压实。
本发明的创新点和技术效果如下：
（1）将双马树脂预浸料和石墨烯薄膜按照层叠的方法复合固化，制备出石墨烯/双马树脂复合材料是本发明的关键创新之处，在保持双马树脂复合材料良好力学性能的同时具有石墨烯材料的导电导热性能。
（2）本发明得到的石墨烯/双马树脂复合材料具有重量轻、耐高温、力学性能及导电导热性好等特点，在航空航天、电子信息和高新技术领域中有广泛用途。
具体实施方式
下面结合具体实施例和说明书对本发明的一种石墨烯/双马树脂复合材料及其制备方法作进一步阐述，但本发明的保护内容并不限于以下实施例。
实施例1
5428/T700碳纤维双马树脂单向预浸料与石墨烯薄膜复合而成的石墨烯/双马树脂复合材料：
选材：选用300mm×300mm的平板模具，选择5428/T700碳纤维双马树脂单向预浸料及石墨烯薄膜。石墨烯薄膜由石墨烯与聚芳醚酮复合而成，石墨烯含量为50%。
步骤如下：
（1）按照300mm×300mm尺寸裁剪双马树脂预浸料及石墨烯薄膜；
（2）将裁剪好的石墨烯薄膜在4-乙炔基苯胺溶液中室温超声24小时后取出，真空干燥；
（3）将裁剪好的双马树脂预浸料及处理后的石墨烯薄膜在模具上采用间隔顺序铺贴，先铺石墨烯薄膜，再铺5428/T700碳纤维双马树脂单向预浸料，交叉铺叠，共16层。用电熨斗压平预浸料及石墨烯薄膜，每3层采用抽真空预压实；
（4）将铺贴好的复合材料胚料在模具中组装好，采用热压罐固化，固化温度为150℃/1小时＋180℃/2小时＋200℃/5小时，压力为0.65MPa，固化后脱模后得到石墨烯5428/T700双马树脂碳纤维复合材料。
实施例2
ZT7H3198P/5429碳纤维双马树脂织物预浸料及石墨烯薄膜复合而成的石墨烯/双马树脂复合材料：
选材：选用100mm×100mm的平板模具，选择ZT7H3198P/5429碳纤维双马树脂织物预浸料及石墨烯薄膜。石墨烯薄膜由石墨烯而成，石墨烯含量为100%。
步骤如下：
（1）按照100mm×100mm尺寸裁剪双马树脂预浸料及石墨烯薄膜；
（2）裁剪好的石墨烯薄膜在4-乙炔基苯胺溶液中室温超声48小时后取出，真空干燥。
（3）将裁剪好的双马树脂预浸料及处理后的石墨烯薄膜在模具上采用间隔顺序铺贴，先铺石墨烯薄膜，再铺ZT7H3198P/5429预浸料，交叉铺叠，共24层。用电熨斗压平预浸料及石墨烯薄膜，每3层采用抽真空预压实；
（4）将铺贴好的复合材料胚料在模具中组装好，采用热压罐固化，固化温度为150℃/1小时＋180℃/2小时＋205℃/5小时，压力为0.65MPa，固化后脱模后得到石墨烯ZT7H3198P/5429双马树脂碳纤维复合材料。

Claims (8)

1.石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，其特征在于：该复合材料包括共固化的双马树脂预浸料层和石墨烯薄膜层。
2.根据权利要求1所述一种石墨烯/双马树脂复合材料，其特征在于：所述双马树脂预浸料层是由双马树脂、纤维和纤维织物组成的增强材料复合而成的预浸料。
3.根据权利要求1所述一种石墨烯/双马树脂复合材料，其特征在于：所述双马树脂由含双马来酰亚胺单体及同系物、含二烯丙级双酚A单体及同系物及其他增韧改性剂组成，所述纤维由碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维或石英纤维，所述纤维织物为碳纤维织物、玻璃纤维织物、芳纶纤维织物或石英纤维织物。
4.根据权利要求1所述石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜由石墨烯本体制成。
5.根据权利要求1所述石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜由石墨烯与其他材料共混后制成，石墨烯在薄膜中的质量比例为0.01%～100%。
6.根据权利要求5所述石墨烯改性双马树脂叠层高韧性复合材料及其制备方法，其特征在于：所述石墨烯薄膜由石墨烯与聚芳醚酮复合而成，石墨烯含量为50%。
7.制备权利要求1-6任一项所述的一种石墨烯/双马树脂复合材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）根据模具尺寸裁剪双马树脂预浸料及石墨烯薄膜；
（2）将裁剪好的石墨烯薄膜在4-乙炔基苯胺溶液中室温超声24～48小时后取出，真空干燥；
（3）将裁剪好的双马树脂预浸料与步骤（2）得到的石墨烯薄膜在模具上采用间隔或不间隔的顺序铺贴，得到铺贴好的复合材料胚料；
（4）根据石墨烯/双马树脂复合材料的共固化制度，将铺贴好的复合材料胚料采用热压罐、压机、烘箱或其他设备固化，脱模后得到石墨烯/双马树脂复合材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述步骤（3）中，用电熨斗压平双马树脂预浸料及石墨烯薄膜，根据工艺要求采用抽真空预压实。
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