[发明专利]一种高定向石墨烯增强双马树脂基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种高定向石墨烯增强双马树脂基复合材料的制备方法，所述方法将三维石墨烯骨架通过真空灌注的方法制备复合材料浆料前躯体，再采用高速搅拌超声辅助的方法制备石墨烯树脂基复合材料浆料，通过控制温度场及力场来制备定向石墨烯增强树脂基复合材料前躯体，最后通过加压梯度固化的方法制备高分散石墨烯增强树脂基复合材料。本发明解决了现有方法无法将石墨烯在树脂基体当中高度定向这一难题，提升了树脂基体力学性能，将各向同性材料变成各向异性材料，扩展了复合材料的应用范围，加强了竞争的优势，为纳米填充提供了一种新型的定向制备方法。

技术领域

本发明属于材料科学技术领域，涉及一种高定向石墨烯增强树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

步入21 世纪，航空航天已展现出更加广阔的发展前景，高水平或超高水平的航空航天活动更加频繁，其作用将远远超出科学技术领域本身，对政治、经济、军事以至人类社会生活都会产生更广泛和更深远的影响。应该指出，航空航天事业所取得的巨大成就，与航空航天材料技术的发展和突破是分不开的。材料是现代高新技术和产业的基础与先导，很大程度上是高新技术取得突破的前提条件。材料总的发展趋势是轻质化、高强度、高模量、耐高温、低成本，出于现代高性能飞行器发展的需要，结构-功能一体化和智能化更是重要的材料发展方向。

低维化、纳米化与复合化是推动航空航天新材料朝着方向结构-功能一体化和智能化发展和实现性能革命性跃迁的重要技术途径。石墨烯复合材料在航空航天领域的应用正面临着重要的发展机遇。目前，纳米复合材料仍处于实验室和小批量生产阶段，随着航空航天领域需求的增加以及纳米碳复合材料技术本身的发展，其工程化与产业化也将为其在市场中提升竞争力奠定基础。但仍具有挑战性的科学与技术问题等待解决，纳米碳材料的纳观尺度为其带来优异的性能，但也成为其工程应用最大的难点，一般石墨烯在树脂基体当中成杂乱分布，复合材料表现出各向同性的特点，这样对某些特殊要求的构件及器件来说，对于复合材料的设计将会造成不必要浪费和复杂性。因此针对这种特殊需求，需要制备一种定向石墨烯复合材料，性能表现出各向异性，以满足特殊需求构件的设计要求，提升使用效率，降低成本，减少原料的不必要浪费。

发明内容

本发明针对以上对于各向异性石墨烯增强纳米复合材料研究的迫切性，提供了一种高定向石墨烯增强双马树脂基复合材料的制备方法。本发明解决了现有方法无法将石墨烯在树脂基体当中高度定向这一难题，提升了树脂基体力学性能，将各向同性材料变成各向异性材料，扩展了复合材料的应用范围，加强了竞争的优势，为纳米填充提供了一种新型的定向制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种高定向石墨烯增强双马树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、石墨烯海绵的制备：

方法一、采用改进冷冻干燥的方法进行石墨烯海绵的制备，具体步骤如下：将分散好的浓度为5~20mg/ml的石墨烯水溶液在低温（0℃以下）下进行冷冻，同时利用冷冻干燥法获得多孔的石墨烯海绵（密度为5~20mg/ml）；

方法二、采用还原的方法制备石墨烯海绵，具体步骤如下：将5~30mg/ml氧化石墨烯水溶液在低温（0℃以下）下进行冷冻，同时利用冷冻干燥法获得多孔的氧化石墨烯海绵（密度为5~30mg/ml）；采用过量的水合肼在温度70~90℃下进行24h化学还原或者在200~1000℃热还原的方法制备出石墨烯海绵；

步骤二、石墨烯增强树脂基复合材料前躯体浆料的制备：

利用负压法，通过真空灌注的方法，将纯双马树脂吸入到步骤一中制备的石墨烯海绵多孔结构当中，具体步骤如下：利用负压法，将石墨烯海绵放置到粘度为10^-3~10^-1Pa·S的纯双马树脂当中，通过真空泵将烘箱抽真空（10⁴~10⁵Pa），即真空灌注的方法，将纯双马树脂吸入到石墨烯海绵的多孔结构当中，三维石墨烯骨架被灌满即可；