[发明专利]一种轻质高强度石墨烯碳纤维增强复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，包括：

通过高压流体剪切机械剥离石墨制得石墨烯粉体；

通过聚二烯丙基二甲基氯化铵对石墨烯进行改性处理制得P-石墨烯；

在碳纤维表面引入含氧基团，制得O-碳纤维；

将P-石墨烯和O-碳纤维混合制得石墨烯/碳纤维填料；

将石墨烯/碳纤维填料与树脂基材依次经过共混、熔融、注塑或热压的方式成型，制得轻质高强度石墨烯增强碳纤维。

2.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，所制得的石墨烯粉体的层数≤5层、粒径≤1-10μm、碳含量(wt％)≥99.9％、氧含量(wt％)≤0.01％、灰分≤0.1％。

3.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，

将聚二烯丙基二甲基氯化铵、石墨烯和去离子水配制混合液；

超声处理混合液；

在混合液中加入氯化钠反应后依次过滤、洗涤和干燥，制得P-石墨烯。

4.根据权利要求3所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，

将石墨烯分散在去离子水中，加入聚二烯丙基二甲基氯化铵配成质量分数为0.5％的混合液；

超声处理混合液30min；

缓慢地加入氯化钠NaCl至其质量分数达到0.5％，反应2-5h接着过滤，用去离子水洗涤4-6次除去未反应的PDDA，置于真空干燥箱中在60-80℃下干燥24h，制得P-石墨烯。

5.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，

将碳纤维在碳纤维回流溶液中回流以除去其表面的杂质；

将碳纤维放在臭氧氧化箱中以在其表面引入含氧基团，制得O-碳纤维。

6.根据权利要求5所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，

将碳纤维在碳纤维回流溶液中回流32-64小时，除去碳纤维表面的杂质；

将碳纤维在50-80℃下，放在臭氧氧化箱中3-6小时，在碳纤维表面引入含氧基团，所制得的碳纤维命名为O-碳纤维。

7.根据权利要求5所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，所述碳纤维回流溶液为丙酮、乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或两种的混合液。

8.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，

将P-石墨烯溶于去离子水中形成稳定悬浮液；

在稳定悬浮液中加入O-碳纤维混合，所述P-石墨烯和O-碳纤维的质量百分比为3-5:1搅拌均匀、过滤干燥，制得石墨烯/碳纤维填料。

9.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，所述石墨烯/碳纤维填料与树脂基材的质量百分比例为3-10︰100。

10.根据权利要求1所述的轻质高强度石墨烯增强碳纤维的制备方法，其特征在于，所述树脂基材选自酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯或聚酰胺酯中的一种。