[发明专利]用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料

说明书

本发明涉及用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料，属于碳纤维复合材料技术领域。用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料，由如下重量份的成分制成：聚丙烯腈50‑60份、单层石墨烯粉末20‑30份、细菌纤维素8‑15份、甲基丙烯酸甲酯5‑10份、1,6‑二溴己烷5‑10份、热固性树脂30‑40份、纳米氢氧化镁1‑5份、纳米气凝胶3‑6份。本发明碳纤维复合材料具有高韧性以及良好的阻燃性能。

技术领域

本发明属于碳纤维复合材料技术领域，具体涉及用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料。

背景技术

碳纤维是一种以聚丙烯腈(PAN)、沥青、粘胶纤维等为原料经预氧化、碳化、石墨化工艺而制得的含碳量大于90%的特种纤维，是航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、交通运输、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。PAN基碳纤维生产工艺简单、产品综合性能好，因而发展很快，产量占到90%以上，成为最主要的品种。

公开号CN102560746A公开了一种聚丙烯腈/石墨烯复合物基碳纤维的制备方法，首先通过原位聚合的方法制备均匀分散有石墨烯的聚丙烯腈混合溶液，然后以该混合溶液作为纺丝原液，经湿法纺丝或干喷湿纺工艺得到聚丙烯腈/石墨烯复合物原丝，最后对该原丝进行预氧化和碳化处理得到聚丙烯腈/石墨烯复合物基碳纤维。公开号CN102586952A公开了一种石墨烯增强聚丙烯腈碳纤维的制备方法，包括：(1)制备石墨烯或氧化石墨烯；(2)制备石墨烯/聚丙烯腈纺丝液；(3)制备石墨烯/聚丙烯腈基复合纤维；(4)制备石墨烯/聚丙烯腈基碳。该发明有效地提高了氧化石墨烯在聚合物基体中的分散和界面结合力，进一步提高了碳纤维的综合性能，所制备碳纤维的力学性能得到明显提高，可以用于材料增强、导电、抗静电、导热等多个领域，且本发明制备工艺简单，易控制，成本低。上述PAN基碳纤维复合材料均在一定程度上提高了碳纤维的某些性能，但是对于碳纤维复合材料的韧性提高有限，还有待进一步改进。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料，由如下重量份的成分制成：聚丙烯腈50-60份、单层石墨烯粉末20-30份、细菌纤维素8-15份、甲基丙烯酸甲酯5-10份、1,6-二溴己烷5-10份、热固性树脂30-40份、纳米氢氧化镁1-5份、纳米气凝胶3-6份。

优选地，所述用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料，由如下重量份的成分制成：聚丙烯腈55份、单层石墨烯粉末23份、细菌纤维素10份、甲基丙烯酸甲酯6份、1,6-二溴己烷8份、热固性树脂35份、纳米氢氧化镁3份、纳米气凝胶5份。

优选地，所述热固性树脂为酚醛树脂或环氧树脂。

优选地，所述固化剂为聚醚胺D230或六次甲基四胺。

优选地，所述用于架空输电导线的阻燃高韧性碳纤维复合材料，通过如下制备方法获得：

1）制备碳纤维，包括如下步骤：

1.1）将细菌纤维素超微粉碎，加蒸馏水，充分搅拌，然后与单层石墨烯粉末溶液混合，持续搅拌10-12小时，超声处理30-60分钟，在铜网上进行点样，低于40℃下干燥，利用真空镀膜系统进行镀膜，得到细菌纤维素-石墨烯复合材料；

1.2）将细菌纤维素-石墨烯复合材料分散于甲基丙烯酸甲酯中，与聚丙烯腈粉末和1,6-二溴己烷混合，20-25℃下，隔绝空气放置溶胀，然后在搅拌状态下加热溶解，得到纺丝液；

1.3)将纺丝液经过滤、计量挤出喷丝板，在含有乙醇的溶液中初成纤维，然后进行牵伸、水洗、上油、干燥和卷绕，得到原丝；

1.4)将原丝进行预氧化和碳化处理，得到碳纤维；