[发明专利]一种石墨烯纸预浸料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米碳材料和复合材料研究领域，具体为一种石墨烯纸预浸料的制备方法。

背景技术

自2004年英国的曼彻斯特大学教授发现二维结构石墨烯之后，炭族材料形成了一个从零维的富勒烯，一维的碳纳米管，二维的石墨烯和三维的石墨和金刚石完整的体系。由于碳材料拥有其它无机材料所不具备的导热导电等性能，其在改性聚合物性能等方面一直受到科学家们的关注，特别是石墨烯的发现更是掀起了一轮新的对碳纳米材料的研究热潮。

石墨烯(graphene)是一种单原子厚度的石墨材料，是世界上目前发现的最薄最坚硬的材料，其透光率非常高，仅吸收2.3％的光。石墨烯的理论导热系数为5300W/m·K远高于金属和碳纳米管的导热系数。因为石墨烯层片之间较小的接触电阻，其电阻率仅为10^-6Ω·cm，比铜和银还低，是目前电阻率最小的材料。常温下电子迁移率＞15000cm²/V·s，导电率高达6000S/cm,大于碳纳米管和硅晶体。这使得石墨烯在未来纳米电子器件、超级电容器、太阳能电池，储氢材料和先进复合材料等领域具有极大的潜在应用价值。同时石墨烯又有优异的力学性能，其杨氏模量高达1.1TPa，拉伸强度为130GPa左右。因为石墨烯的二维结构，直径可以达到几百微米，从而赋予其非常高的比表面积，其理论值为2630m²/g,同时其纵横比可以高达几千以上。因为石墨烯具有以上的优异性能和特殊的二维结构，在改性聚合物性能方面有着很大的优势，其与树脂材料复合可以制备新型的多功能复合材料。

由于单层石墨烯的制造成本非常高，限制了其在复合材料领域的大规模应用。石墨烯纳米片是由几层或者十几层石墨烯堆叠成的，其厚度小于10nm，这种石墨烯以资源丰富的石墨为原料，已经可以批量工业化生产，并且生产成本较低，这为石墨烯材料在复合材料方面的应用铺平了道路。将石墨烯从微观的纳米片制备成宏观的石墨烯膜材料，石墨烯的二维平面结构使其在膜中比较容易构成导电网络而赋予膜材料优异的电学性能，以石墨烯膜材料作为骨架与聚合物复合可以制备新型的高导电复合材料，进一步推动石墨烯在电学，航空航天等领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯预浸料的制备方法，以进一步推动石墨烯在复合材料领域的应用，为石墨烯在复合材料中的大规模应用提供了一条新的途径。

本发明的技术方案为：一种石墨烯纸预浸料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1将石墨烯和分散剂加入溶剂中，配置成浓度为0.2～1.5mg/ml的石墨烯溶液，并对石墨烯溶液进行超声处理，得到分散均匀的石墨烯悬浮液；

S2采用微孔滤膜真空过滤所述的石墨烯悬浮液，石墨烯片通过自组装重塑成取向度较好的石墨烯膜材料，过滤后，将石墨烯膜材料连同滤纸一起在25～90℃干燥，随后将滤物从微孔滤膜上揭下，得到石墨烯纸样品，然后热处理以去除分散剂，从而得到自支撑的石墨烯纸状材料；

S3将所得的自支撑的石墨烯纸状材料置于环氧树脂和溶剂的混合液中浸渍；

S4将浸渍树脂后的自支撑的石墨烯纸状材料置于通风厨中1～2h，然后在40～60℃的加热台上加热1～3h，得到树脂浸渍的石墨烯纸预浸料。

按上述方案，步骤S1所述的分散剂是聚乙烯亚胺。

按上述方案，步骤S1所述的溶剂为水，乙醇，丙酮，异丙醇，四氢呋喃，异丙醇，甲醇，N-甲基吡咯烷酮及二甲基甲酰胺中的至少一种。

按上述方案，步骤S1所述的超声处理时间为3～30min。

按上述方案，步骤S2所述的热处理是在马弗炉中进行的，热处理温度为350～400℃，处理时间为1.5～3h。

按上述方案，步骤S3所述的环氧树脂和溶剂的体积比为7:3～5:5，所述的溶剂为异丙醇，丙酮或四氢呋喃。

按上述方案，步骤S3所述的浸渍过程是：首先在常压下室温浸渍0.5～2h，然后在真空辅助条件下浸渍0.5～1.0h，真空度是0.01～0.1MPa。

本发明所提供的石墨烯纸预浸料的制备方法具有以下优点：

①采用可以大规模生产的工业化的石墨烯为原料，制备成本低，可以使石墨烯材料能够大规模得应用于复合材料领域；

②选用的分散剂为聚乙烯亚胺，经过短时间的超声处理后就能够使石墨烯均匀稳定得分散到溶剂中，可以有效得避免石墨烯的团聚，过滤后得到石墨烯片层取向度较好的石墨烯纸。经过热处理之后，能够比较容易得清除掉分散剂；