[发明专利]一种石墨烯改性的碳纤维树脂材料

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种提高强度﹑导电性﹑导热性及耐磨性的石墨烯改性的碳纤维树脂材料。

背景技术

碳纤维（carbonfiber），它不仅具有碳材料的固有本性特征，又兼具纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理得到的微晶石墨材料。碳纤维的应用方式主要是用于制作复合材料，被用作以热固性树脂或热塑性树脂为基质的树脂的复合材料制品的增强材料。

但是碳纤维树脂材料也有一些缺点，如导热性、导电性受到限制，而满足了导热性、导电性的前提下，其力学性能如耐摩擦性，强度却降低了。

2004年英国曼彻斯顿大学的Geim和Novoselov通过胶带剥离高定向石墨获得了独立存在的二维石墨烯（Gra-phene，GN）晶体以来，石墨烯已经成为材料科学领域极受关注的研究热点之一。石墨烯，实际上就是单原子层的石墨，它拥有独特的二维结构和优异的力学、热力学、光学和电学性能。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，至吸收2.3%的光，导热系数高达5300W/m·k，高于碳纳米管和金刚石。石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，具有强度高，比表面积大，高化学反应活性，高填充性的特点。

中国专利公布号CN102303411A，公布日2012年1月4日，名称为碳纤维纸增强酚醛树脂基复合材料的制备方法，其将短切碳纤维进行分散、打浆后，通过常规湿法造纸技术制的碳纤维纸，然后将碳纤维纸与酚醛树脂粉末交替铺层后经模压制得碳纤维纸增强酚醛树脂复合材料。其不足之处在于，该方法制得得复合材料虽然一定程度上提高了强度，但是其导热性与导电性相对较低。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有碳纤维树脂材料导热性、导电性不高，力学性能如耐摩擦性，强度较差的缺陷而提供一种提高强度﹑导电性﹑导热性及耐磨性的石墨烯改性的碳纤维树脂材料。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯改性的碳纤维树脂材料，碳纤维树脂材料中加入石墨烯，所述石墨烯的加入量占碳纤维树脂材料的重量百分比为55-75%，碳纤维树脂材料中还加入改性添加剂，改性添加剂的加入量占碳纤维树脂材料的重量百分比为5-10%。在本技术方案中，石墨烯又被称为单层石墨，是一种由蜂窝状的单层碳原子组成，呈二维结构的新型碳材料，它是目前已知最薄，也是强度最高的材料，同时也具有优异的导电性/抗静电性和导热性，其导电性与铜相当，导热性是铜的十倍，强度是钢的百倍，另一方面，石墨烯润滑效果好，因此可提高产品的耐摩擦性，添加了石墨烯的碳纤维与树脂成型体，其强度﹑导电性﹑导热性及耐磨性都有了显著提升。

作为优选，所述石墨烯的加入量占碳纤维树脂材料的重量百分比为60-70%。

作为优选，所述石墨烯的加入量占碳纤维树脂材料的重量百分比为9.5-12%。

作为优选，改性添加剂为纳米氧化铝、硝酸钇、氮化硼、偏硼酸钡、纳米金刚石粉中的一种或几种。在本技术方案中，纳米氧化铝在提高高分子材料产品的耐磨性能上极其显著，在碳纤维树脂材料中加入纳米氧化铝可以进一步提高其耐摩擦性能；纳米金刚石粉为碳纤维树脂材料提供了一层保护层和耐磨层，在碳纤维树脂材料中加入纳米金刚石粉可以进一步提高其耐摩擦性能。

作为优选，石墨烯为单层片状结构，或所述石墨烯为层数在2-50层，层内为碳原子sp²杂化轨道组成六角形蜂巢状晶格、层间为碳原子以π键结合。

作为优选，所述石墨烯以粉末或浆料的形式添加。

作为优选，有机树脂选自酚醛树脂、脲醛树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨基甲酸酯中的一种或几种。

作为优选，所述石墨烯中，碳元素与非碳元素质量比大于4:1，非碳元素选自氟、氮、氧、硫、氢、氯、溴、碘中一种或几种。

作为优选，所述石墨烯还包含有各种官能团的改性石墨烯，如羟基、羧基、羰基、氮基、氨基中的一种或几种。

作为优选，石墨烯在加入碳纤维树脂材料前，在磁场强度5000-5250GS，同时超声波条件下超声分散30-45min。

本发明的有益效果是，本发明添加了石墨烯的碳纤维与树脂成型体，其强度﹑导电性﹑导热性及耐磨性都有了显著提升。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明作进一步的解释：