[发明专利]氧化石墨烯-碳纤维混杂增强形状记忆复合材料制备方法

说明书

一种氧化石墨烯‑碳纤维混杂增强形状记忆复合材料制备方法，将三维打印技术与真空浸渗和热压成型工艺相结合，在保证复合材料浸渗微观组织理想、缺陷得到有效控制、形状记忆性能优良的基础上，根据制件结构形状的要求，设计制造不同结构形状的三维打印与真空浸渗热压成型复合材料件，进而实现复合材料制件结构形状的多样化，并减少复合材料制件的制造周期。所制备的复合材料形状固定率可达97.12％，形状回复率可达97.15％，形状记忆性能优良，解决了传统工艺生产形状记忆聚合物在形状与尺寸上的单一性问题，能够成型复杂几何形状的制品，且由于计算机的辅助作用，使得操作过程简单，缩短设计制造周期，有效改善复合材料制备效果。

技术领域

本发明涉及形状记忆复合材料制备领域，具体是一种氧化石墨烯-碳纤维混杂增强 形状记忆复合材料的制备方法。

背景技术

形状记忆聚合物是一种可以在外部激励作用下由变形状态恢复到原始状态的新型 智能高分子材料。形状记忆聚合物以其密度低、可回复形变量大等显著优势被广泛应用于航空航天、武器装备等先进制造领域，但是由于此类聚合物材料力学性能较差， 使得形状记忆聚合物的广泛应用受到极大限制。目前，一些科研工作者将形状记忆聚 合物与力学特性优异的增强体结合制备出既具形状记忆功能又兼具高强度高刚度等良 好力学性能的形状记忆复合材料，这种新型多功能复合材料具有广泛的研究前景。

目前，连续纤维增强热塑性复合材料成型工艺方法主要有热压成型、拉挤成型、缠绕成型以及树脂传递模塑成型(RTM)等。然而，采用以上工艺制备氧化石墨烯- 碳纤维混杂增强形状记忆复合材料可能会存在纳米结构的氧化石墨烯易团聚且难以在 复合材料中均匀分散、制件形状较为单一、工艺过程繁琐等制备局限性。

三维打印技术即增材制造技术，是一种将打印模型按照层厚分解为无数层薄片，并将这些薄片进行逐层堆积制备三维实体的先进成型工艺。该成型工艺用于成型具有 复杂几何形状的制品，操作过程简单、产品稳定性好且成型过程通常在计算机的辅助 作用下完成，可用于形状记忆聚合物叠层片的打印和成型。三维打印技术的应用，能 够显著提升工业制造、医疗设备等制造领域的工艺水平。

氧化石墨烯-碳纤维混杂增强的形状记忆复合材料中碳纤维体积分数高，纤维与纤 维之间的间隙小且不均匀，复合材料中还可能混杂着杂质气体，要实现氧化石墨烯在复合材料中的充分均匀浸渗较为困难，在真空的环境下浸渗能够有效排出其中的杂质 气体，获得较为充分均匀的浸渗效果。三维打印出的形状记忆聚合物叠层片在常温下 属于硬质固态物质，很难跟涂覆过氧化石墨烯的碳纤维布粘合在一起，这就需要在加 热的情况下，让三维打印出的形状记忆聚合物叠层片处于粘流态，并施加挤压力使三 维打印形状记忆聚合物叠层片和涂覆过氧化石墨烯的碳纤维布粘合在一起，形成氧化 石墨烯-碳纤维混杂增强的形状记忆复合材料。

在公开号为CN109629076A的发明创造中针对普通增强体不具备形状记忆功能或形状记忆聚合物力学性能较低的问题，提出了一种将形状记忆聚合物纤维与连续纤维 进行编织，并以该混编织物作为复合材料的增强体的制备方法，该方法有效保证了增 强体的形状记忆与力学特性。但该方法不能制备氧化石墨烯-碳纤维混杂增强的形状记 忆复合材料，且增强体编织过程复杂，要求操作人员具有较高的技术水平，生产效率 低、复合材料质量稳定性不易保证。

在公开号CN109897375B的发明专利中提出了一种高强度柔性环氧树脂改性氰酸酯树脂/碳纤维形状记忆复合材料及其制备方法，该制备方法采用增韧氰酸酯树脂作为 基体可以解决形状记忆聚合物在实际应用中力学性能较低、形变回复率较慢等问题， 具有操作简单、成本较低等明显优势。但该发明未提及纳米尺度的氧化石墨烯和微米 尺度的碳纤维混杂增强的形状记忆复合材料的制备问题，且未提到采用三维打印技术 用于支撑结构形状较为复杂的形状记忆复合材料的制备方法，能够成型的复合材料结 构和形状较少。

发明内容