一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料及碳纤维复合材料的制备

摘要

一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料及碳纤维复合材料的制备，属于复合材料制备领域，本发明通过石墨烯进行化学改性，与多壁碳纳米管形成二元增强填料，有利于增强体在基体中的分散；提供了环氧树脂‑液态羧基丁腈橡胶的组合基体，本发明采用多尺寸的材料的复合制备了连续碳纤维复合材料，提高了复合材料的力学性能。在石墨烯/碳纳米管含量达到1.0wt％时，层间剪切强度达到87.90MPa，在石墨烯/碳纳米管含量达到2.0wt％时，拉伸强度达到最大的64.31MPa。

主权项

一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：步骤一：制备石墨烯步骤二：将石墨烯溶解于二甲基甲酰胺中形成0.1‑1mg/mL的均匀分散液，滴加异氰酸酯的二甲基甲酰胺溶液到上述石墨烯分散液中并持续搅拌，混合溶液在氮气气氛下，75‑80℃反应1h，然后用二甲基甲酰胺洗涤沉淀几次，向沉淀中加入丙二醛的二甲基甲酰胺溶液并持续搅拌保持温度55℃反应一夜，最后通过离心，二甲基甲酰胺洗涤，真空干燥得到改性石墨烯；步骤三：配制环氧树脂、固化剂MeTHPA与液态羧基丁腈橡胶的质量比为100:60‑80:8‑12的树脂‑橡胶体系和环氧树脂、固化剂二氨基二苯甲烷(DDM)与液态羧基丁腈橡胶的质量比为100:30‑40:8‑12的树脂‑橡胶体系，然后加入多壁碳纳米管与改性石墨烯，多壁碳纳米管与改性石墨烯的加入质量相等，质量百分含量均为0.05wt％‑1.0wt％；然后，机械搅拌并超声反应5‑7h后，加入促进剂2,4,6‑三(二甲胺基甲基)苯酚(DMP‑30)，并继续超声反应一段时间；随后，将反应液置于预热至50℃的真空烘箱中脱气泡至少0.5h，得到改性石墨烯/碳纳米管/环氧树脂浆料；步骤四：将改性石墨烯/碳纳米管/环氧树脂浆料倒入浸胶槽中，并在浸胶槽中放置超声波发生器，将碳纤维浸入改性石墨烯/碳纳米管/环氧树脂浆料中，浸胶完成后通过一个刮胶辊去除多余的树脂胶液；步骤五：浸胶后的丝束通过排丝机采用缠绕的方式排丝，进行反复缠绕，形成单向预浸布；步骤六：将预浸布取下，在50‑70℃真空条件下烘干7‑12h；接着在100‑120℃下烘4‑6h，得到碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料。