[发明专利]一种石墨烯提高碳纤维抗拉强度的方法

摘要

一种石墨烯提高碳纤维抗拉强度的方法，采用改进电雾化沉积法将石墨烯植入于碳纤维的表面结构缺陷进而增加其强度，包括：1)将预氧化、炭化后的碳纤维束传送至高压电晕放电区在-5～-30kV高压电下进行电晕放电处理，行进速度5～30m/h，使碳纤维表面结构缺陷中带上一定量的负电荷；2)将石墨烯与蒸馏水和少许分散剂配制成均一稳定悬浮液，石墨烯为功能化石墨烯，取自氨基化、磺酸化或羟基化石墨烯中的一种，分散剂为咪唑类苯磺酸盐离子液体中的一种；3)石墨烯悬浮液施加20～50kV的正极静电，带电碳纤维束平展且接地构成喷涂液接受体，遂通过电雾化沉积将石墨烯植入碳纤维表面结构缺陷内，以碳纤维与石墨烯的重量比计，沉积量控制为1000∶(0.1～4)；4)经石墨烯雾化沉积后碳纤维束在300～1600℃惰性气体氩气气氛下进行热处理。碳纤维抗拉强度可提高130％以上。

主权项

一种石墨烯提高碳纤维抗拉强度的方法，它采用改进电雾化沉积法将石墨烯植入于碳纤维的表面结构缺陷进而增加其强度，其特征在于该方法包括以下过程：1)碳纤维电晕放电处理：将预氧化、炭化后的碳纤维束1通过传送带6传送至高压电晕放电区进行电晕放电处理，电晕放电装置包括高压电源2、尖端放电装置3和接地电极板4组成，其中高压电源2为负电发生器，其负极通过导线21与尖端放电装置3相连，正极通过导线22接地；通过控制传送带6的行进速度5～30m/h，高压电源2的电晕放电电压‑5～‑30kV，放电距离为1～5cm；2)石墨烯悬浮液配置：将石墨烯用溶剂和少许分散剂配制成均一稳定悬浮液，石墨烯为功能化石墨烯，取自氨基化、磺酸化或羟基化石墨烯中的一种，功能化基团的含量为0.5～4wt.％，溶剂为蒸馏水，分散剂为咪唑类苯磺酸盐离子液体中的一种，其中离子液体的含量为0.1～1wt.％，悬浮液中石墨烯的含量为10～60g/L；3)静电沉积石墨烯：经电晕放电处理的碳纤维束1经传送带6以相同速度进入静电沉积区，静电沉积装置由高压电源7、多针喷射器9和接地电极板4’组成，高压电源7为正电发生器，其正极通过导线71与多针喷射器9相连，负极通过导线72接地；石墨烯悬浮液经导管8输送至位于碳纤维1正上方的多针喷射器9空腔内，高压电源7施加电压20～50kV并与接地电极板4’形成电沉积区，碳纤维丝束1平展于传送带6构成接受体，多针喷射器9空腔内的石墨烯悬浮液在高压静电雾化作用下沉积于碳纤维表面中表面结构缺陷中，得到石墨烯修复碳纤维；沉积距离控制为5～30cm，以碳纤维与石墨烯的重量比计，碳纤维表面结构缺陷中石墨烯的沉积量控制为1000∶(0.1～4)；4)石墨烯修复碳纤维热处理：经石墨烯雾化沉积后碳纤维速以相同速度输送至热处理装置11中，在惰性气体氩气气氛下进行热处理，热处理温度300～1600℃。