[发明专利]石墨烯和芳纶纤维混合增强酚醛树脂板材的制作方法

说明书

石墨烯和芳纶纤维混合增强酚醛树脂板材的制作方法，包括以下步骤：称量石墨烯粉末加入到丙酮溶液中，制备成悬浮液；将聚芳醚酮、环氧树脂、酚醛树脂按照1:1:8的重量混合并加热至熔融后加入悬浮液中形成石墨烯酚醛树脂复合液；芳纶纤维处理干燥后放入石墨烯酚醛树脂复合液中充分浸润形成浆料；将浆料倒入板材制作模具内；经过凝胶、固化和熟化三个阶段后形成板材；使用数字电阻仪测量出加载力与电阻率变化曲线，完成该板材压力传感标定测量。本发明利用在压力作用下石墨烯电阻率变化的特性，制作出可以通电加热、对压力变化敏感并可实时监测的玻璃纤维增强酚醛树脂板材。制作出来的板材在保持其密度小、强度高的前提下，模量更大，耐磨性更强。

技术领域

本发明属于聚合物基纳米和芳纶纤维技术领域，具体涉及一种具有加热与应力感知功能的石墨烯和芳纶纤维混合增强酚醛树脂板材的制作方法。

背景技术

芳纶纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸碱、质量轻等优良性能，其中比刚度是钢的5—6倍，模量是钢丝和玻璃纤维的2—3倍，韧性是钢丝的2倍，而密度仅为钢丝的1/5左右。在国防，航空航天、汽车轻量化等方面具有不可替代的作用。

酚醛树脂是由人工合成的一类高分子聚合物。勒醛树脂在产品的成型加工中，由于其良好的耐热性，原料成本低，同其他原料相比有较好的经济效益。采用环氧改性后，酚醛树脂的性能进一步提高。

芳纶纤维增强酚醛树脂复合材料板材是目前应用最广泛的复合材料之一，具有密度小、强度高等优点，可设计性强，是广泛应用于国民经济和国防建设中的一种重要复合材料板材。但该复合材料板导电性能差，不能通电加热，在寒冷气候中使用受到一定限制。板受到的荷载不能自感知，特殊条件下安全性存在隐患。

石墨烯作为一种纳米碳材料，在常温下石墨烯的电子迁移率超过15000 cm²/（V·S），而电阻率只约10^-6 Ω·cm，为目前电阻率最小的材料；石墨烯具有优异的热导性能，其导热系数可高达5300W/m·K，远高于碳纳米管和金刚石。石墨烯既具有高强度、高弹模和强韧性等力学性能，又具有优异的导热、导电、电磁等功能性能而赋予酚醛树脂基芳纶纤维增强复合材料功能/智能性能。随着石墨烯价格的大幅度下降，将石墨烯应用于复合材料领域无疑具有重大应用前景。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在保持其密度小、强度高的前提下，能够通电加热、感知板材压力变化的石墨烯和芳纶纤维混合增强酚醛树脂板材的制作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：石墨烯和芳纶纤维混合增强酚醛树脂板材的制作方法，包括以下步骤：

（1）、将石墨烯经过机硅烷修饰后形成石墨烯粉末；

（2）、称量一定重量的石墨烯粉末分批加入到丙酮溶液中，然后将其置于超声仪中对混合溶液超声处理，制备成分散均匀的悬浮液；

（3）、将聚芳醚酮、环氧树脂、酚醛树脂按照1:1:8的重量比称量备用；

（4）、将称量好的聚芳醚酮与环氧树脂混合，将混合物在一定温度下熔融得预聚体，然后将预聚体用粉碎机打成粉末，并通过80目的细筛；用搅拌机将预聚体粉末和已称量的酚醛树脂混合形成酚醛树脂混合物，加热至软化温度以上，使酚醛树脂混合物处于熔融流动状态；

（5）、将熔融的酚醛树脂混合物加入悬浮液中，使用搅拌机慢速搅拌后再快速搅拌至混合均匀，形成石墨烯酚醛树脂复合液；

（6）、采用超临界CO₂改性的芳纶纤维，将芳纶纤维经丙酮、去离子水各清洗12小时，于110℃下烘干后，放入微波等离子体化学气相沉积装置反应室，将反应室抽真空，使其真空度小于10Pa，然后通入放电气体抽真空，如此反复三次纯化反应室中的气体；保持反应室中放电气体压强为40～50 Pa，在70W电能下进行等离子处理；处理后的芳纶纤维放入石墨烯酚醛树脂复合液中充分浸润形成浆料；