CN110983759A - 一种石墨烯改性碳纤维预津布及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯改性碳纤维预浸布及其制备方法，该石墨烯改性碳纤维预浸布的制备原料包括；碳纤维、树脂、石墨烯、氧化剂、稀释剂、离型纸、PE膜，把碳纤维经过碳化、浸渍石墨烯、清洗烘干、热碾压展纱复合树脂离型纸、覆膜、收卷等制备成石墨烯改性导电碳纤维预浸布，本发明使碳纤维表面引入了羰基和羧基等含氧基团其改变表面惰性，改变碳纤维对活性物质的吸附能力以及复合能力，同时提高碳纤维材料的强度、韧性、导电性等，作为导电发热预浸布材料应用来说发挥了特有的超薄性、强韧性、抗水性、抗衰减性等特有的性能，在军工、航天、新能源等碳纤维复合材料的特殊应用上也能有所提高强度、韧性等性能，有着非常广泛应用价值的改性材料。

Description

一种石墨烯改性碳纤维预津布及其制备方法
技术领域
本发明属于碳纤维制造、碳纤维应用技术领域，具体涉及一种石墨烯改性碳纤维预津布及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，是已知的最薄、最小纳米级材料，常温下具有非同寻常的强度和导电导热性能，在材料学、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。
碳纤维"外柔内刚"，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在国防军工和民用方面都是重要材料。碳纤维具有许多优良性能，碳纤维的轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好等。
碳纤维材料应用当中其表面活性官能团少表现出惰性，制作碳纤维复合树脂材料中碳纤维增强基体体与增强体树脂浸润性和粘结性差，从而导致碳纤维增基体与树脂强体复合界面粘合强度低，抗弯强度和抗冲击强度差容易分层，影响碳纤维复合材料的结构性能，影响碳纤维复合材料导电发热应用产品的功率稳定性和寿命，因此改善碳纤维体的活性和环氧树脂的强度韧性提高碳纤维复合材料性能的最有效的方法，其主要应用航空和军工领域、运动休闲行业、汽车制造行业和其他工业领域等，因此碳纤维复合材料应用市场前景非常广阔。
发明内容
本发明为了克服现有技术的不足之处，公开了一种石墨烯改性碳纤维预津布及其制备方法,它是通过将石墨烯导电浆料浸渍到碳纤维中进行改性后，夹在两层石墨烯改性树脂复合离型纸中进行多道碾压展纱复合制备出的一种石墨烯改性导电碳纤维预浸布复合物。
进一步的，所述预津布复合物的制备原料包括碳纤维、树脂、石墨烯、氧化剂、稀释剂、离型纸、PE膜。
进一步的，所述树脂为热熔活化溶剂型液体、稀释剂为丙酮溶液、氧化剂为过氧化氢液体。
本发明所述的石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法，它包括以下工艺流程：
(1)碳化碳纤维，把碳纤维用高温电热管高温碳化；
(2)浸渍石墨烯导电浆料，碳化后把碳纤维浸渍到1-5层5％的水性石墨烯导电浆料中；
(3)清洗烘干碳纤维，表面清洗氧化，并烘干处理，得到石墨烯改性碳纤维；
(4)制备石墨烯树脂料液，所述石墨烯树脂液是将混合液A和树脂液B混合均匀并超声后得到的石墨烯改性树脂混合液；
(5)石墨烯树脂涂布离性纸，将石墨烯改性树脂混合液装入薄膜涂布机加热槽中，加热50～80℃，并把改性树脂涂布在离型纸上，制备出改性树脂复合离型纸；
(6)展纱梳理碳纤维并热压合，用热压辊将步骤(3)中数十条石墨烯改性碳纤维线，连续排列夹持在两层步骤(5)中的改性树脂复合离型纸间，进行多道热辊碾压展纱复合；
(7)复合PE膜并收卷，剥离步骤(6)中改性复合离型纸的上层单面离型纸，复合PE膜，并收卷处理。
进一步的，所述步骤(1)中的混合液A为石墨烯丙酮溶液，它是选取石墨烯导电浆料1～5份、丙酮20～60份，超声20～50min得到；所述树脂液B为树脂溶液，它是选取树脂100份，并加热融化搅拌30～50min得到。
进一步的，所述石墨烯导电浆料为1～5层浓度5％的油性氧化石墨烯浆料。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：本发明把碳纤维通过碳化处理、浸润石墨烯处理后，使碳纤维表面引入了羰基和羧基等含氧基团其改变表面惰性，改变碳纤维对活性物质的吸附能力以及复合能力，同时提高碳纤维材料的强度、韧性、导电性等，作为导电发热预浸布材料应用来说发挥了特有的超薄性、强韧性、抗水性、抗衰减性等特有的性能，而且作为改性碳纤维预浸料，在军工、航天、新能源等碳纤维复合材料的特殊应用上也能有所提高强度、韧性等性能，有着非常广泛应用价值的改性材料。
附图说明
图1石墨烯改性碳纤维预津布生产工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细的说明。
本发明所述的石墨烯改性碳纤维预浸布是通过将石墨烯导电浆料浸渍到碳纤维中进行改性后，夹在两层石墨烯改性树脂复合离型纸中进行多道碾压展纱复合制备出的一种石墨烯改性导电碳纤维预浸布复合物，所述碳纤维为T300或T700型号碳纤维长线，该石墨烯改性导电碳纤维预浸布的制备材料包括；碳纤维、树脂、石墨烯、氧化剂、稀释剂、离型纸、PE膜，所述树脂为HS-2325为热熔活化溶剂型液体，所述稀释剂为浓度99.9％的丙酮溶液，所述氧化剂为6％过氧化氢液体。
实施例1、制备普通碳纤维预浸布
普通碳纤维预津布的制备方法包括以下步骤：
1、制备改性树脂预浸料
(1)配制树脂丙酮溶液；选取树脂100份，把树脂70℃加热状态下融化搅拌50min得到树脂液；
(2)将树脂液用薄膜涂布机涂布在离型纸上，得到树脂复合离型纸。
2、制备导电预浸布
(1)用热压辊将碳纤维，顺向排列夹持在两层步骤2，的树脂复合离型纸间，进行多道热碾压展纱复合；
(2)剥离上层单面离型纸；
(3)复合PE膜，并收卷完成普通碳纤维预浸布。
实施例2、制备改性碳纤维预津布
本发明所述的石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法包括以下步骤：
1、制备改性碳纤维
(1)选取5％浓度的石墨烯导电浆料1份，丙酮液30份超声波搅拌机充分混合得到石墨烯导电浆料；
(2)用高温电热管连续550℃温度下进行瞬间高温碳化碳纤维；
(3)连续浸泡通过石墨烯导电浆料槽池；
(4)连续浸泡通过过氧化氢水槽池，清洗并氧化处理碳纤维；
(5)连续通过200℃高温电热管烘干处理，得到石墨烯改性碳纤维。
2、制备改性树脂预浸料
(1)配制石墨烯丙酮溶液；选取石墨烯导电浆料1份、丙酮30份，70℃加热状态下超声波搅拌50min得到混合液A；
(2)配制树脂液；选取树脂100份，把树脂70℃加热状态下融化搅拌，50min得到树脂液B；
(3)将混合液A与树脂液B混合，70℃加热状态下超声波搅拌120min，得到石墨烯改性树脂液；
(4)用薄膜涂布机涂布在离型纸上，得到改性树脂复合离型纸。
3、制备石墨烯改性预浸布
(1)用热压辊将步骤1中得到的石墨烯改性碳纤维，顺向排列夹持在两层步骤2中的改性树脂复合离型纸间，进行多道热碾压展纱复合；
(2)剥离上层单面离型纸；
(3)复合PE膜，并收卷完成石墨烯改性碳纤维预浸布。
实施例3；制备石墨烯改性预浸布
本发明所述的石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法包括以下步骤：
1、制备改性碳纤维
(1)选取5％浓度的石墨烯导电浆料3份，丙酮液30份超声波搅拌机充分混合得到石墨烯导电浆料；
(2)用高温电热管连续550℃温度下进行瞬间高温碳化碳纤维；
(3)连续浸泡通过石墨烯导电浆料槽池；
(4)连续浸泡通过过氧化氢水槽池，清洗并氧化处理碳纤维；
(5)连续通过200℃高温电热管烘干处理，得到石墨烯改性碳纤维。
2、制备改性树脂预浸料；
(1)配制石墨烯丙酮溶液；选取石墨烯导电浆料3份、丙酮30份，70℃加热状态下超声波搅拌50min得到混合液A；
(2)配制树脂液；选取树脂100份，树脂70℃加热状态下融化搅拌50min得到树脂液B；
(3)将混合液A与树脂液B混合，70℃加热加热状态下超声波搅拌120min，得到石墨烯改性树脂液；
(4)用薄膜涂布机涂布在离型纸上，得到改性树脂复合离型纸。
3、制备石墨烯改性导电预浸布；
(1)用热压辊将步骤1中石墨烯改性碳纤维，顺向排列夹持在两层步骤2中的改性树脂复合离型纸间，进行多道热碾压展纱复合；
(2)剥离上层单面离型纸；
(3)复合PE膜，并收卷完成石墨烯改性碳纤维预浸布。
实施例4、制备石墨烯改性碳纤维预津布
本发明所述的石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法包括以下步骤：
1、制备改性碳纤维；
(1)选取5％浓度的石墨烯导电浆料5份，丙酮液30份超声波搅拌机充分混合得到石墨烯导电浆料；
(2)用高温电热管连续550℃温度下进行瞬间高温碳化碳纤维；
(3)连续浸泡通过石墨烯导电浆料槽池；
(4)连续浸泡通过过氧化氢水槽池，清洗并氧化处理碳纤维；
(5)连续通过200℃高温电热管烘干处理，得到石墨烯改性碳纤维；
2、制备改性树脂预浸料；
(1)配制石墨烯丙酮溶液；选取石墨烯导电浆料5份、丙酮30份，70℃加热状态下超声波搅拌50min得到混合液A。
(2)配制树脂溶液；选取树脂100份，把树脂70℃加热状态下融化搅拌50min得到树脂液B；
(3)将混合液A与树脂液B混合，70℃加热状态下超声波搅拌120min，得到石墨烯改性树脂液。
(4)用薄膜涂布机涂布在离型纸上，得到改性树脂复合离型纸。
3、制备石墨烯改性导电预浸布；
(1)用热压辊将步骤1中的石墨烯改性碳纤维，顺向排列夹持在两层步骤2中的改性树脂复合离型纸间，进行多道热碾压展纱复合；
(2)剥离上层单面离型纸；
(3)复合PE膜，并收卷完成石墨烯改性碳纤维预浸布。
按照《GB/T 1449-2005纤维增强塑料弯曲性能试验方法》测试了碳纤维复合材料的弯曲性能，按照《JC/T 773单向纤维增强塑料层间剪切强度试验方法》测试了碳纤维复合材料的层间剪切强度，采用常规测试平面方阻方法测试电阻，结果如表1所示。
表1；复合材料力学性能比较；
Figure BDA0002326204580000061
如上表1所示，石墨烯改性碳纤维预浸布复合材料材料力学性能比较来看，石墨烯改性碳纤维预浸布的弯曲强度(MPa)、层间剪切强度(MPa)、都比普通碳纤维预浸料高，石墨烯添加量在重量份3％时各个性能比较好，而且在碳纤维展纱均匀度上也有所提高，说明石墨烯改性碳纤维预浸布的制备方法是非常有效的改性方法。
以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。

Claims (6)

1.一种石墨烯改性碳纤维预津布，其特征在于：它是通过将石墨烯导电浆料浸渍到碳纤维中进行改性后，夹在两层石墨烯改性树脂复合离型纸中进行多道碾压展纱复合制备出的一种石墨烯改性导电碳纤维预浸布复合物。
2.根据权利要求1所述的石墨烯改性碳纤维预津布，其特征在于：所述预津布复合物的制备原料包括碳纤维、树脂、石墨烯、氧化剂、稀释剂、离型纸、PE膜。
3.根据权利要求2所述的石墨烯改性碳纤维预津布，其特征在于：所述树脂为热熔活化溶剂型液体、稀释剂为丙酮溶液、氧化剂为过氧化氢液体。
4.一种石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法，其特征在于：它包括以下工艺流程：
(1)碳化碳纤维，把碳纤维用高温电热管高温碳化；
(2)浸渍石墨烯导电浆料，碳化后把碳纤维浸渍到1-5层5％的水性石墨烯导电浆料中；
(3)清洗烘干碳纤维，表面清洗氧化，并烘干处理，得到石墨烯改性碳纤维；
(4)制备石墨烯树脂料液，所述石墨烯树脂液是将混合液A和树脂液B混合均匀并超声后得到的石墨烯改性树脂混合液；
(5)石墨烯树脂涂布离性纸，将石墨烯改性树脂混合液装入薄膜涂布机加热槽中，加热50～80℃，并把改性树脂涂布在离型纸上，制备出改性树脂复合离型纸；
(6)展纱梳理碳纤维并热压合，用热压辊将步骤(3)中数十条石墨烯改性碳纤维线，连续排列夹持在两层步骤(5)中的改性树脂复合离型纸间，进行多道热辊碾压展纱复合；
(7)复合PE膜并收卷，剥离步骤(6)中改性复合离型纸的上层单面离型纸，复合PE膜，并收卷处理。
5.根据权利要求4所述的石墨烯改性导电碳纤维预津布的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的混合液A为石墨烯丙酮溶液，它是选取石墨烯导电浆料1～5份、丙酮20～60份，超声20～50min得到；所述树脂液B为树脂溶液，它是选取树脂100份，并加热融化搅拌30～50min得到。
6.根据权利要求5所述的石墨烯改性碳纤维预津布的制备方法，其特征在于：所述石墨烯导电浆料为1～5层浓度5％的油性氧化石墨烯浆料。
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