[发明专利]一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法，利用强酸、破坏剂，在氧化剂作用下，分别制备得到三维石墨烯絮状物和表面改性碳纳米管；然后通过高速剪切混合、超声分散工艺得到石墨烯/改性碳纳米管上浆剂；通过上浆工艺制备石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料。本发明制备的石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料，不仅具备碳纤维本身导电导热、高强度、高模量、耐摩擦、耐腐蚀性特性，还显著提高了碳纤维的抗拉强度、弯曲强度、界面剪切强度等特性，有效改善碳纤维的再加工性能，具有增强增韧的特性。

技术领域：

本发明涉及碳纤维技术领域和石墨烯复合材料技术领域，特别涉及一种增强增韧碳纤维复合材料制备方法，具体是一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法。

背景技术：

碳纤维以其优异的导电导热、高强度、高模量、耐摩擦、耐腐蚀性等特点被广泛的应用于自行车、航天、汽车、运动器材、仪器仪表等领域。碳纤维及其复合材料更是广泛的应用于各行各业，填补了其他材料不能解决的关键、共性技术问题。

虽然碳纤维具有横向优越特性。但是，具有纵向特性不佳，如：比传统纤维要脆，容易摩擦起毛，单丝容易断裂等。间接影响了复合材料性能发挥。

相关技术人员通过碳纤维的上浆处理，使纤维表面浸润降低摩擦起毛。选择具有保护层作用的韧性上浆液，有效改善碳纤维的再加工性能，克服碳纤维本事韧性差的缺点。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种新颖、工艺简单、易操作石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法。

本发明利用强酸、破坏剂，在氧化剂作用下，制备得到三维石墨烯絮状物和表面改性碳纳米管；高速剪切混合、超声分散工艺得到石墨烯/碳纳米管改性的环氧树脂上浆液；通过传统上浆工艺制备石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料，

本发明采用的技术方案是：

一种石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)制备三维石墨烯絮状物：将破坏剂A1溶于强酸A2，然后加入石墨粉搅拌均匀，再于搅拌下滴加氧化剂A3，滴完后常温静置，得到膨胀的石墨烯聚集体，水洗至中性，烘干，制得三维石墨烯絮状物；

(2)制备表面改性碳纳米管：将破坏剂B1溶于强酸B2，然后加入碳纳米管搅拌均匀，再于搅拌下滴加氧化剂B3，滴完后常温静置，得到酸改性的碳纳米管，水洗至中性、烘干，制得表面改性碳纳米管；

(3)将步骤(1)、(2)分别制备的三维石墨烯絮状物、表面改性碳纳米管、树脂溶液、分散剂高速搅拌混合，超声分散；得到均匀的石墨烯/改性碳纳米管上浆剂；

(4)用步骤(3)制备的石墨烯/改性碳纳米管上浆剂对预处理后的碳纤维进行浸渍上浆，烘干，制得所述石墨烯/碳纳米管增强增韧碳纤维复合材料。

所述步骤(1)和(2)中，强酸A2或强酸B2各自独立为硫酸、盐酸、硝酸中一种或者两种以上的混合，优选为硫酸；破坏剂A1或破坏剂B1各自独立为(NH₄)₂S₂O₈、Fe³⁺、K₂CrO₇中一种或者两种以上的混合，优选为(NH₄)₂S₂O₈。氧化剂A3或氧化剂B3各自独立为双氧水和Na₂O₂中的一种或者两种的混合，优选为双氧水。其中，强酸A2或强酸B2选择H₂SO₄，破坏剂A1或破坏剂B1选择(NH₄)₂S₂O₈，氧化剂A3或氧化剂B3选择H₂O₂效果最优。