CN114773647A - 一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用，所述制备方法包括如下步骤：(1)使用浸渍液浸渍去胶碳纤维织物，得到碳纤维预浸料前驱体；(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经干燥得到碳纤维预浸料；步骤(1)所述浸渍液由石墨粉、施胶剂以及溶剂混合得到。本发明提供的碳纤维预浸料的制备方法，使石墨均匀且牢固地包覆在碳纤维表面，进而实现碳/碳复合材料的低成本快速致密化，同时限制了高温环境中氧化气氛向材料内部的扩散，从而提升所得复合材料的耐烧蚀性能。

Description

一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及碳纤维复合材料技术领域，具体涉及一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用。
背景技术
碳纤维预浸料是用碳纤维或其织物在一定条件下经浸渍工艺加工而成的复合材料，具有强度高、可塑性好的特点，广泛应用于钓具、运动器材、汽车或航空航天领域，也是火箭、导弹、卫星等军工产品制造领域的重要结构材料，因此碳纤维预浸料也逐渐向拥有较高的致密性以及耐烧蚀性方向发展。
在碳/碳复合材料的制备工艺中，碳纤维预浸料的工艺处理会影响复合材料的密度、显气孔率以及致密化程度，进而影响复合材料的弯曲强度与断裂韧性等力学性能。目前，致密化工艺可分为：化学气相渗透法(CVI)、液相浸渍-热解法(PIP)、浆料法、反应熔渗法等。
CN 108219375A公开了基于氧化石墨烯的表面改性碳纤维预浸料及其制备方法，通过把氧化石墨烯均匀分散到环氧树脂预浸液中，再使碳纤维与含有氧化石墨烯的环氧树脂预浸液进行浸润，使碳纤维表面形成一层氧化石墨烯/环氧树脂浸润层，达到改善碳纤维与环氧树脂基体之间的界面性能的目的。但是这种工艺存在操作复杂、制备周期长且抗冲刷性能差等问题。
CN 111960842A公开了一种抗电解MnO2过程钙镁结晶用碳/碳复合材料的制备方法，将石墨-石墨烯粉与碳纤维编织毡的混合物浸渍于改性石油沥青中得到浸渍坯体，在氩气保护下进行高温碳化，重复浸渍并碳化至预制体孔隙致密化；采用化学气相表面沉积工艺高温梯度热分解气态烃并沉积于碳/碳复合材料预制体表面得到碳/碳复合材料。化学气相表面沉积法基于热引发的自由基聚合反应，反应活化能较高，材料的制备时间较长；基体碳沉积过程中预制体表面的微孔易堵塞，导致材料密度的不均匀，且需要反复操作多次。
针对现有技术的不足，亟需提供一种能够提高碳/碳复合材料的致密性与烧蚀性且制备周期短的碳纤维预浸料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纤维预浸料及其制备方法与应用，以高纯石墨及衍生类石墨与施胶剂为原料，通过调控浸渍工艺参数，石墨与碳纤维表面结合牢固且均匀分布，进而实现碳/碳复合材料低成本快速致密化，具有操作简单、制备周期短且成本低等优点。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种碳纤维预浸料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液浸渍去胶碳纤维织物，得到碳纤维预浸料前驱体；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经干燥得到碳纤维预浸料；
步骤(1)所述浸渍液由石墨粉、施胶剂以及溶剂混合得到。
本发明提供的碳纤维预浸料的制备方法，使石墨均匀且牢固地包覆在碳纤维表面，进而可以通过缠绕、铺层或针刺缝合等工艺实现碳/碳复合材料的低成本快速致密化，有效提高复合材料的致密性；通过在碳纤维表面均匀负载石墨，限制了高温应用环境中氧化气氛向复合材料内部的扩散，从而提升复合材料的烧蚀性能。
优选地，所述石墨粉包括高纯石墨和/或石墨衍生物。
所述石墨衍生物包括石墨烯、碳纳米管或炭黑中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括石墨烯与碳纳米管的组合，碳纳米管与炭黑的组合，或石墨烯、碳纳米管与炭黑的组合。
优选地，所述石墨粉的粒径为30-3000nm，例如可以是30nm、50nm、100nm、500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm或3000nm，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述施胶剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括聚乙烯醇与聚乙烯吡咯烷酮的组合，聚乙烯吡咯烷酮与丙烯酰胺的组合，聚乙烯醇与丙烯酰胺的组合，或聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮与丙烯酰胺的组合。
优选地，所述溶剂包括去离子水。
优选地，步骤(1)所述浸渍液中石墨粉的质量浓度为20-2000mg/mL，例如可以是20mg/mL、50mg/mL、100mg/mL、500mg/mL、1000mg/mL、1500mg/mL或2000mg/mL，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述浸渍液中石墨粉的质量浓度过低或过高，对浸渍效果均会产生一定不利影响，从而导致耐烧蚀性能有所下降，因此本发明将其控制在合理范围值内。
优选地，步骤(1)所述浸渍液中施胶剂的质量浓度为0.2-20mg/mL，例如可以是0.2mg/mL、0.5mg/mL、1mg/mL、5mg/mL、10mg/mL、12mg/mL、15mg/mL或20mg/mL，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述浸渍液中施胶剂的质量浓度变化会影响碳纤维织物的浸渍效果，施胶剂质量浓度过高，影响石墨的有效包覆；施胶剂质量浓度过低，石墨与碳纤维的结合程度显著下降。因此，施胶剂质量浓度在本发明提供的合理范围内，浸渍效果较好。
优选地，所述混合的时间为3-5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合的温度为70-90℃，例如可以是70℃、75℃、80℃、85℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述去胶碳纤维织物为碳纤维织物经依次进行的清洗处理与液相氧化处理得到。
所述碳纤维织物经清洗处理与液相氧化处理，可以有效去除碳纤维表面的胶状物质，得到的去胶碳纤维织物可以充分与浸渍液接触并使石墨牢固包覆在碳纤维表面，显著提高了浸渍效果。
优选地，所述碳纤维织物包括机织工艺制得的碳纤维布，所述碳纤维布包括平纹布、斜纹布、缎纹布或单向布中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括平纹布与斜纹布的组合，缎纹布与单向布的组合，平纹布、斜纹布与缎纹布的组合，斜纹布、缎纹布与单向布的组合，或平纹布、斜纹布、缎纹布与单向布的组合。
优选地，所述碳纤维织物所用碳纤维包括T300型碳纤维、T400型碳纤维、T700型碳纤维、T800型碳纤维或T1000型碳纤维中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括T300型碳纤维与T400型碳纤维的组合，T700型碳纤维与T800型碳纤维的组合，T800型碳纤维与T1000型碳纤维的组合，T300型碳纤维、T400型碳纤维与T700型碳纤维的组合，T700型碳纤维、T800型碳纤维与T1000型碳纤维的组合，T300型碳纤维、T400型碳纤维、T700型碳纤维与T800型碳纤维的组合，或T300型碳纤维、T400型碳纤维、T700型碳纤维、T800型碳纤维与T1000型碳纤维的组合。
优选地，所述清洗处理包括去离子水清洗和/或乙醇清洗。
所述碳纤维织物经清洗处理后，在30-90℃下烘干3-5h，然后进行所述液相氧化处理。
所述碳纤维织物经清洗处理后，在30-90℃下烘干，例如可以是30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述碳纤维织物经清洗处理后，在30-90℃下烘干3-5h，例如可以是3h、3.5h、4h、4.5h或5h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述液相氧化处理的步骤为：清洗处理后的碳纤维织物经酸溶液浸泡，然后洗涤至中性。
优选地，所述酸溶液中的酸包括硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括硫酸与硝酸的组合，硝酸与盐酸的组合，硫酸与盐酸的组合，或硫酸、硝酸与盐酸的组合。
优选地，所述酸溶液中酸的质量分数为15-65wt％，例如可以是15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％、50wt％、55wt％、60wt％或65wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述浸泡的温度为50-90℃，例如可以是50℃、60℃、70℃、80℃或90℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述浸泡的时间为5-12h，例如可以是5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述洗涤在去离子水中进行。
优选地，步骤(1)所述浸渍的温度为30-120℃，例如可以是30℃、50℃、80℃、100℃或120℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述浸渍的时间为0.5-12h，例如可以是0.5h、1h、3h、5h、8h、10h或12h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述碳纤维预浸料前驱体的石墨涂覆率为30-140％，例如可以是30％、50％、80％、100％、120％或140％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为30-120℃，例如可以是30℃、50℃、80℃、100℃或120℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(2)所述干燥的时间为6-10h，例如可以是6h、7h、8h、9h或10h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明第一方面所述制备方法的优选技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在30-120℃下浸渍去胶碳纤维织物0.5-12h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由粒径为30-3000nm的石墨粉、施胶剂以及溶剂在70-90℃下混合3-5h得到；所述浸渍液中石墨粉的浓度为20-2000mg/mL，施胶剂的浓度为0.2-20mg/mL；
所述去胶碳纤维织物为碳纤维织物依次经清洗处理、50-90℃下浸泡在15-65wt％的酸溶液中5-12h后洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经30-120℃干燥6-10h得到碳纤维预浸料。
第二方面，本发明提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料通过第一方面所述的制备方法得到。
本发明提供的碳纤维预浸料包括碳纤维以及包覆在碳纤维表面的石墨浸渍液，通过在碳纤维表面负载石墨，可提高制得的碳/碳复合材料的致密性及耐烧蚀性能，并有效解决传统气相渗透、液相浸渍碳化等方法生产的碳/碳复合材料成本高、制备周期长等问题。
第三方面，本发明提供了如第二方面所述碳纤维预浸料的应用，所述碳纤维预浸料用于制备以石墨碳为基体的复合材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供的碳纤维预浸料的制备方法，使石墨均匀且牢固地包覆在碳纤维表面，进而实现碳/碳复合材料的低成本快速致密化，本发明提供的碳纤维预浸料的密度达1.51-1.82g·cm-3；通过在碳纤维表面均匀负载石墨，限制了高温应用环境中氧化气氛向碳/碳复合材料内部的扩散，从而提升复合材料的耐烧蚀性能，质量烧蚀率为0.13-0.31mg·s-1；
(2)本发明提供的碳纤维预浸料可以解决传统的化学气相渗透法和液相浸渍碳化法在致密化过程中沉积碳分布不均和制备周期长等问题，操作简单且成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的碳纤维预浸料的扫描电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料的制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在80℃下浸渍去胶碳纤维布6h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由中值粒径D50为100nm的高纯石墨粉、聚乙烯醇以及去离子水在80℃下混合4h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为500mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10mg/mL；
所述去胶碳纤维布为碳纤维布依次经去离子水与乙醇清洗处理、60℃下烘干4h，然后在70℃下浸泡40wt％的酸溶液中8h，使用去离子水洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经80℃干燥8h得到碳纤维预浸料。
所述碳纤维预浸料的扫描电镜图如图1所示，由图可知，经处理的碳纤维布表面具有较多孔隙和凹槽，提高了碳纤维的比表面积，进而提高碳纤维表面的化学反应活性，有利于施胶剂在碳纤维表面进行化学接枝反应；高纯石墨粉通过浸渍包覆在碳纤维表面或填充在碳纤维的缝隙，由于石墨的层状结构阻隔和施胶剂的化学接枝，使得石墨能够均匀分布且与碳纤维布牢固结合。
实施例2
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料的制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在50℃下浸渍去胶碳纤维布9h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由中值粒径D50为500nm的高纯石墨粉、聚乙烯醇以及去离子水在85℃下混合3.5h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为500mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10mg/mL；
所述去胶碳纤维布为碳纤维布依次经去离子水与乙醇清洗处理、45℃下烘干4.5h，然后在60℃下浸泡25wt％的酸溶液中10h，使用去离子水洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经50℃干燥9h得到碳纤维预浸料。
实施例3
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料的制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在100℃下浸渍去胶碳纤维布3h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由中值粒径D50为1000nm的高纯石墨粉、聚乙烯醇以及去离子水在75℃下混合4.5h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为500mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10mg/mL；
所述去胶碳纤维布为碳纤维布依次经去离子水与乙醇清洗处理、75℃下烘干3.5h，然后在80℃下浸泡50wt％的酸溶液中6h，使用去离子水洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经100℃干燥7h得到碳纤维预浸料。
实施例4
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料的制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在30℃下浸渍去胶碳纤维布12h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由中值粒径D50为1500nm的高纯石墨粉、聚乙烯醇以及去离子水在90℃下混合3h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为20mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10mg/mL；
所述去胶碳纤维布为碳纤维布依次经去离子水与乙醇清洗处理、30℃下烘干5h，然后在50℃下浸泡15wt％的酸溶液中12h，使用去离子水洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经30℃干燥10h得到碳纤维预浸料。
实施例5
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，所述碳纤维预浸料的制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在120℃下浸渍去胶碳纤维布0.5h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由中值粒径D50为2000nm的高纯石墨粉、聚乙烯醇以及去离子水在70℃下混合5h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为2000mg/mL，聚乙烯醇的质量浓度为10mg/mL；
所述去胶碳纤维布为碳纤维布依次经去离子水与乙醇清洗处理、90℃下烘干3h，然后在90℃下浸泡65wt％的酸溶液中5h，使用去离子水洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经120℃干燥6h得到碳纤维预浸料。
实施例6
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中高纯石墨粉的质量浓度为10mg/mL外，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中高纯石墨粉的质量浓度为3000mg/mL外，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中聚乙烯醇的质量浓度为0.2mg/mL外，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中聚乙烯醇的质量浓度为20mg/mL外，其余均与实施例1相同。
实施例10
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中聚乙烯醇的质量浓度为0.1mg/mL外，其余均与实施例1相同。
实施例11
本实施例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，除所述碳纤维预浸料的制备方法中聚乙烯醇的质量浓度为30mg/mL外，其余均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，将所述碳纤维预浸料的制备方法中的去胶碳纤维布替换为未经处理的碳纤维布，其余均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种碳纤维预浸料，与实施例1的区别在于，所述碳纤维预浸料的制备方法中的浸渍液由聚酰亚胺树脂、中值粒径D50为2000nm的高纯石墨粉以及N,N-二甲基甲酰胺溶液在室温下混合12h得到；所述浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度为2000mg/mL，聚酰亚胺树脂的固含量为12％，其余均与实施例1相同。
性能测试
密度测试：将实施例1-11、对比例1以及对比例2提供的碳纤维预浸料按照GB/T1463-2005标准进行密度测试，所得结果如表2所示；
耐烧蚀性测试：采用自制热防护材料烧蚀实验测试平台，将实施例1-11、对比例1以及对比例2提供的碳纤维预浸料经缝合、高温石墨化以及包覆耐烧蚀涂层得到的碳/碳复合材料进行测试，记录单位时间烧蚀损失的质量，所得结果如表2所示；所述自制热防护材料烧蚀实验平台的参数如表1所示。
表1
设备信息 相关参数 设备信息 相关参数
烧蚀气体 丁烷 中心火焰温度 >1500℃
喷嘴直径 2.0mm 气体工作压力 0.4MPa
烧蚀距离 60mm 气体流速 558L/h
烧蚀角度 90° 热流密度 1038±103.8KW/m<sup>2</sup>
温度测量 optris CT 3M 烧蚀时间 120s
表2
密度(g·cm<sup>-3</sup>) 质量烧蚀率(mg·s<sup>-1</sup>)
实施例1 1.82 0.13
实施例2 1.69 0.14
实施例3 1.58 0.16
实施例4 1.56 0.18
实施例5 1.55 0.19
实施例6 1.54 0.21
实施例7 1.53 0.23
实施例8 1.53 0.26
实施例9 1.52 0.29
实施例10 1.51 0.30
实施例11 1.51 0.31
对比例1 1.49 1.59
对比例2 1.42 1.83
通过表2可以看出，由实施例1与实施例2-5对比可知，本发明提供的碳纤维预浸料，以石墨或其衍生物为原料制备浸渍液，通过调控合理的浸渍工艺参数，从而控制碳纤维织物上的基体碳负载量、致密度以及结合程度，达到较好的致密性与耐烧蚀性能；
由实施例1与实施例6以及实施例7对比可知，浸渍液中高纯石墨粉的质量浓度过低或过高，对浸渍效果均会产生一定不利影响，从而导致耐烧蚀性能有所下降；由实施例1与实施例8-11对比可知，浸渍液中施胶剂的质量浓度变化也会影响碳纤维布的浸渍效果，施胶剂质量浓度过高，影响石墨的有效包覆；施胶剂质量浓度过低，石墨与碳纤维的结合程度显著下降。因此，施胶剂质量浓度在本发明提供的合理范围内，浸渍效果较好；
由实施例1与对比例1对比可知，采用未经处理的碳纤维布做浸渍处理，碳纤维表面附着的胶状物质会影响石墨的涂覆，从而降低浸渍效果；由实施例1与对比例2对比可知，本发明提供的以石墨、聚乙烯醇为原料制备浸渍液，制得的碳纤维预浸料，相比采用聚酰亚胺树脂、DMF作为施胶剂，致密性更佳，且所得碳/碳复合材料的耐烧蚀性能更好。
综上所述，本发明提供的碳纤维预浸料的制备方法，使石墨均匀且牢固地包覆在碳纤维表面，进而实现碳/碳复合材料的低成本快速致密化，本发明提供的碳纤维预浸料的密度达1.51-1.82g·cm-3；通过在碳纤维表面均匀负载石墨，限制了高温应用环境中氧化气氛向碳/碳复合材料内部的扩散，从而提升碳/碳复合材料的耐烧蚀性能，质量烧蚀率为0.13-0.31mg·s-1；同时，可以解决传统的化学气相渗透法和液相浸渍碳化法在致密化过程中沉积碳分布不均和制备周期长等问题，操作简单且成本较低。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纤维预浸料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液浸渍去胶碳纤维织物，得到碳纤维预浸料前驱体；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经干燥得到碳纤维预浸料；
步骤(1)所述浸渍液由石墨粉、施胶剂以及溶剂混合得到。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述石墨粉包括高纯石墨和/或石墨衍生物；
优选地，所述石墨粉的粒径为30-3000nm；
优选地，所述施胶剂包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮或丙烯酰胺中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述溶剂包括去离子水。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸渍液中石墨粉的质量浓度为20-2000mg/mL；
优选地，步骤(1)所述浸渍液中施胶剂的质量浓度为0.2-20mg/mL；
优选地，所述混合的时间为3-5h；
优选地，所述混合的温度为70-90℃。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述去胶碳纤维织物为碳纤维织物经依次进行的清洗处理与液相氧化处理得到；
优选地，所述碳纤维织物包括机织工艺制得的碳纤维布，所述碳纤维布包括平纹布、斜纹布、缎纹布或单向布中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述碳纤维织物所用碳纤维包括T300型碳纤维、T400型碳纤维、T700型碳纤维、T800型碳纤维或T1000型碳纤维中的任意一种或至少两种的组合。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述清洗处理包括去离子水清洗和/或乙醇清洗；
优选地，所述液相氧化处理的步骤为：清洗处理后的碳纤维织物经酸溶液浸泡，然后洗涤至中性。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述酸溶液中的酸包括硫酸、硝酸或盐酸中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述酸溶液中酸的质量分数为15-65wt％；
优选地，所述浸泡的温度为50-90℃；
优选地，所述浸泡的时间为5-12h；
优选地，所述洗涤在去离子水中进行。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述浸渍的温度为30-120℃；
优选地，步骤(1)所述浸渍的时间为0.5-12h；
优选地，步骤(1)所述碳纤维预浸料前驱体的石墨涂覆率为30-140％；
优选地，步骤(2)所述干燥的温度为30-120℃；
优选地，步骤(2)所述干燥的时间为6-10h。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)使用浸渍液在30-120℃下浸渍去胶碳纤维织物0.5-12h，得到碳纤维预浸料前驱体；
所述浸渍液由粒径为30-3000nm的石墨粉、施胶剂以及溶剂在70-90℃下混合3-5h得到；所述浸渍液中石墨粉的浓度为20-2000mg/mL，施胶剂的浓度为0.2-20mg/mL；
所述去胶碳纤维织物为碳纤维织物依次经清洗处理、50-90℃下浸泡在15-65wt％的酸溶液中5-12h后洗涤至中性得到；
(2)步骤(1)所得碳纤维预浸料前驱体经30-120℃干燥6-10h得到碳纤维预浸料。
9.一种碳纤维预浸料，其特征在于，所述碳纤维预浸料通过权利要求1-8任一项所述的制备方法得到。
10.一种如权利要求9所述碳纤维预浸料的应用，其特征在于，所述碳纤维预浸料用于制备以石墨碳为基体的复合材料。
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