[发明专利]硼纤维增强环氧树脂的板材成型及应力测定方法

说明书

硼纤维增强环氧树脂的板材成型及应力测定方法，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；环氧树脂和聚酰胺树脂混合形成熔融的环氧树脂熔体；环氧树脂熔体加入到石墨烯环氧树脂复合液中；将硼纤维处理后放入石墨烯环氧树脂复合液中浸润形成浆料，将浆料倒入板材制作模具内；依次经过凝胶、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不饱和树脂板材。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硼纤维技术领域，具体涉及一种具有加热与应力感知功能的硼纤维增强环氧树脂的板材成型及应力测定方法。

背景技术

硼纤维是高性能复合材料重要的纤维增强体之一，是用化学气相沉积法使硼纤维沉积在钨丝或碳纤维芯材上制得的直径为100—200μm的连续单丝。它具有相对于其他陶瓷纤维难以比拟的高强度、高模量和低密度等特点。

环氧树脂是由人工合成的一类高分子聚合物。为粘稠液体或加热可软化的固体，受热时通常有熔融或软化的温度范围，在外力作用下可呈塑性流动状态，生产合成树脂的原料来源丰富。合成树脂具有很强的内聚力，分子结构致密，由于分子结构中含有活泼的不饱和基团，使它们可以与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶的具有三向网格结构的高聚物。固化后的合成树脂具有良好的物理、化学性能，它对金属和非金属材料的表面具有优异的粘结强度，介电性能良好，变定收缩率小，制品尺寸稳定性好，硬度高，柔韧性好。

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环氧树脂基硼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硼纤维增强环氧树脂的板材成型及应力测定方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：硼纤维增强环氧树脂的板材成型及应力测定方法，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）、将环氧树脂和聚酰胺树脂按照质量比5：3进行称量并混合，在50℃下预热20min，待黏度降低到一定程度后置于真空干燥箱中，在50℃条件下抽真空40min，去除环氧树脂和聚酰胺树脂中存在的气泡；然后在环氧树脂中依次加入质量分数10%的丙酮和质量分数20%的邻苯二甲酸二丁酯，每一次加入后都要保证搅拌混合均匀，再分批倒入碳纤维，最后加入固化剂聚酰胺树脂，充分搅拌均匀，在超声波清洗器中振荡30min，最后放于真空干燥箱中50℃温度下抽真空40min，以去除搅拌过程中混入的气泡后形成熔融的环氧树脂熔体；

（4）、将熔融的环氧树脂熔体加入步骤（2）制备的悬浮液中，使用搅拌机慢速搅拌后再快速搅拌至混合均匀，形成石墨烯环氧树脂复合液；

（5）、将硼纤维放入石墨烯环氧树脂复合液中充分浸润形成浆料；

（6）、将正电极和负电极分别埋设在板材制作模具内侧壁的对角位置，留出接线端子；

（7）将步骤（5）中的浆料倒入板材制作模具内，采用振动法排出气泡，直到达到设计厚度；