[发明专利]一种磁性氧化石墨烯改性碳纤维及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种磁性氧化石墨烯改性碳纤维及其制备方法和用途，属于先进材料领域。该改性碳纤维是以含成膜剂的磁性氧化石墨烯溶液作为上浆剂，对碳纤维进行上浆后而得。本发明利用磁性氧化石墨烯对碳纤维进行改性，利用该改性后的碳纤维制备碳纤维增强复合材料，可实现碳纤维增强复合材料界面性能显著提升，同时复合材料表现出优异的电磁屏蔽性能，特别是高频电磁屏蔽性能。本发明改性碳纤维及其增强复合材料可应用于航空航天、舰船潜艇、能源设备、智能制造、工业机器人、车辆工程、运动器械等领域制件的制备，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于先进材料领域，具体涉及一种磁性氧化石墨烯改性碳纤维及其制备方法和用途。

背景技术

碳纤维(CFs)是复合材料最重要的增强材料之一，利用碳纤维制备的碳纤维增强复合材料(CFRPs)具有优异的机械性能与重量比，是一种高级复合材料，被广泛应用于航空航天、军事和海洋等领域。通常，碳纤维和机体材料之间的界面性能对于CFRPs的机械性能至关重要，因为负载会从基体传递到碳纤维上，从而减少界面处的应力集中。更好的界面性能通常可以为复合材料提供更好的机械性能。然而未经处理的CFs与基体的界面相互作用很弱，界面性能较差。长期以来，CFRPs较差的界面性能限制了其发展。因此，迫切需要探索一种有效的策略来提高CFs的表面活性并增强CFRPs的界面性能。

最近，在CFs表面引入氧化石墨烯(GO)已被证明是改善CFRPs界面性能的极好候选者。GO作为二维片材，具有较大的理论比表面积、优异的机械性能和丰富的化学官能团。上述性能保证了GO可以在界面处实现应力传递，改善CFRPs的界面性能。同时，这些特性也为负载纳米材料提供了理想的平台。专利CN108623989A公开了将氧化石墨烯与树脂混合后涂覆在碳纤维上，固化后制备得到氧化石墨烯树脂碳纤维复合材料，该方法制备得到的复合材料层间剪切强度为59MPa。虽然与未经处理的CFs相比，复合材料的界面性能有显著提高，但是如果能进一步提高CFs与基体的界面强度，改善其界面性能，提高CFRPs的机械性能，将能够进一步拓展CFRPs在各领域的应用。

虽然CFRPs具有较好的电磁屏蔽性能，但是，随着科技发展，在航空航天、军事和海洋等领域电磁干扰(EMI)成为研究者们关注的重点，如何进一步提高CFRPs的电磁屏蔽性能，扩展CFRPs在各领域的应用，也是需要进一步研究。如果能够研究出一种性能优异的改性碳纤维，作为增强材料时既能提高CFRPs的界面性能，又能使CFRPs具有优异的电磁屏蔽效果，将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性氧化石墨烯改性碳纤维及其制备方法和用途。

本发明提供了一种改性碳纤维，它是以含成膜剂的磁性氧化石墨烯溶液作为上浆剂，对碳纤维进行上浆后而得。

进一步地，所述磁性氧化石墨烯为负载Fe₃O₄的氧化石墨烯；

和/或，所述成膜剂为纤维素、海藻酸钠、甲壳素、聚乙烯醇、乙烯-醋酸乙烯共聚物一种或多种；

优选地，所述纤维素为羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素、木质素、硝酸纤维素、醋酸纤维素中一种或多种。

进一步地，所述上浆剂中，磁性氧化石墨烯的浓度为0.001～1％；和/或，所述上浆剂中，成膜剂的浓度为0.001～1％；

优选地，所述上浆剂使用超声混合均匀；

和/或，所述上浆的方法为涂敷、浸渍、浸泡或喷涂；

和/或，所述上浆后将碳纤维烘干；

更优选地，

所述磁性氧化石墨烯溶液为磁性氧化石墨烯水溶液、磁性氧化石墨烯丙酮溶液、磁性氧化石墨烯甲醇溶液、磁性氧化石墨烯乙醇溶液、磁性氧化石墨烯N,N-二甲基甲酰胺溶液；