[发明专利]一种石墨烯纤维用上浆剂及其制备方法

说明书

本发明属于上浆剂技术领域，具体涉及一种石墨烯纤维用上浆剂及其制备方法，包括以下步骤：步骤一、取液体双酚A环氧树脂，加入乳化剂，加热至105℃混合均匀，抽真空去除残余水分，后降温至80℃，开始加入扩链剂后保温6h，得到环氧树脂乳化剂；步骤二、将液体双酚A环氧树脂、环氧树脂乳化剂按照一定比例混合搅拌均匀后，开始加入去离子水，当混合体系开始发生相转变时，继续搅拌同时加入去离子水，得到环氧树脂乳液；步骤三、将石墨烯水溶液加入到环氧树脂乳液中，添加去离子水同时充分搅拌，制得石墨烯纤维用上浆剂。本发明的上浆剂用于保护石墨烯纤维，优化石墨烯纤维表面物理化学结构，改善石墨烯纤维与聚合物基体材料的界面性能。

技术领域

本发明属于上浆剂技术领域，具体涉及一种石墨烯纤维用上浆剂及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化的二维碳纳米结构材料，因其独特的晶体和电子结构，具有超薄、超坚固特性，同时拥有良好的化学稳定性，优异的电子传导性，大的比表面积和优异的力学性能，广泛应用于电子和光学、能量储存、电催化、化学传感和功能性纺织品等领域。

近年来，石墨烯纤维的出现，为石墨烯的宏观应用可能起到了重要推动作用。石墨烯纤维是一种由高度有序排列的石墨烯片层自组装而成的新型碳纤维。石墨烯纤维的制备主要有液晶相湿法纺丝、水热法、化学气相沉积法以及氧化石墨烯的自发还原及组装法等。2011年浙江大学高超教授团队首次利用氧化石墨烯液晶通过湿法纺丝制备出石墨烯纤维(Nature Communications，2011，2：571)。石墨烯纤维具有良好柔韧性、较低的密度、优异的电学、力学性质，在能量转换与存储，传感器等领域已有一些优秀的应用案例，在某些领域有望取代碳纤维制成复合材料广泛应用于轻量化汽车、航空航天等领域。

但是，石墨烯纤维外层是石墨结构，纤维表面活性官能团少，表现为化学惰性，致使在制备复合材料时石墨烯纤维与树脂基体间的界面结合力较弱。与碳纤维相似，石墨烯纤维在生产加工过程中容易断丝和起毛。在石墨烯纤维应用之前，对其进行上浆处理，可以有效提高石墨烯纤维的品质和改善石墨烯纤维增强复合材料的界面性能和力学性能。

发明内容

基于石墨烯纤维生产与应用的特殊性，本发明提供一种石墨烯纤维用上浆剂及其制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯纤维用上浆剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、取液体双酚A环氧树脂，加入乳化剂，加热至105℃混合均匀，抽真空去除残余水分，后降温至80℃，开始加入扩链剂后保温6h，得到环氧树脂乳化剂；

步骤二、将液体双酚A环氧树脂、环氧树脂乳化剂按照一定比例混合搅拌均匀后，开始加入去离子水，当混合体系开始发生相转变时，继续搅拌同时加入去离子水，得到环氧树脂乳液；

步骤三、将石墨烯水溶液加入到环氧树脂乳液中，添加去离子水同时充分搅拌，制得石墨烯纤维用上浆剂。

作为优选方案，所述环氧树脂乳化剂配料按以下重量份配料：液体双酚A环氧树脂45～60份、乳化剂35～45份、扩链剂5～10份。

作为优选方案，所述环氧树脂乳液配料按以下重量份配料：液体双酚A环氧树脂37～50份、环氧树脂乳化剂8～10份、去离子水40～55份。

作为优选方案，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚中的一种或多种的组合。

作为优选方案，所述烷基酚聚氧乙烯醚羟值为40～75mgKOH/g。

作为优选方案，所述乳化剂为：羟值为40mgKOH/g的烷基酚聚氧乙烯醚与60mgKOH/g的烷基酚聚氧乙烯醚的组合，且两者的重量份之比为4：1。

作为优选方案，所述液体双酚A环氧树脂环氧当量为196～227。