一種納米增韌的碳纖維復合材料及其制備方法
【技術領域】：
[0001 ]本發明涉及碳纖維復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯/埃洛石納米管膜和 碳納米管/埃洛石納米管膜協同增韌的碳纖維復合材料。
【背景技術】：
[0002] 石墨烯是有碳原子按正六邊形緊密排列成蜂窩狀晶格的單層二維平面結構，具有 較強的導電性，較高的強度。石墨烯原始片層因為其低的表面活化能，往往不能很好與的聚 合物浸潤而達到很好的分散，最終致使其增強的復合材料性能不升反降。
[0003] 自1991年日本科學家發現碳納米管以來，其制備方法、性能和應用都得到了廣泛 的研究。碳納米管的管徑在2_20nm，長度可達到微米級別，較大的長徑比和比表面積使其容 易發生團聚，很難在基體中分散開。同時，表面惰性使其與基體之間的界面結合力較弱，在 受載時應力不能有效的在基體和碳納米管之間轉移。
[0004] 界面結合不好和納米粒子在樹脂基體中的分散性差，始終是納米增強纖維樹脂基 復合材料中的關鍵問題。一般簡單的機械混合很難使得納米粒子在樹脂基體中有效分散。
[0005] 碳纖維復合材料作為一種高性能復合材料，存在脆性高、韌性低等問題，傳統的解 決方法有熱塑性樹脂改性、橡膠粒子改性等。然而，通過熱塑性樹脂和橡膠粒子等傳統方法 改性，雖然可以提高復合材料的韌性，但是會導致復合材料的耐熱性下降、模量下降等一系 列問題。本發明采用了納米粒子層間增韌碳纖維預浸料制備碳纖維復合材料，可以大幅度 提高材料的韌性，同時也能提高復合材料的模量，得到高性能復合材料。
【發明內容】
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[0006] 本發明目的在于克服現有技術上的碳纖維復合材料韌性不足的特點，提供一種石 墨烯/碳納米管/埃洛石納米管協同增韌的碳纖維復合材料，所述碳纖維復合材料由16~20 層預浸料薄膜，1層活性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜和1層活性碳納米管/埃洛石納米管 復合薄膜模壓固化成型而成;其中，所述活性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜由10~15%氨 基化石墨烯，70~80%的芐基縮水甘油醚和10~15%改性后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納 米管制成;所述活性碳納米管/埃洛石納米管復合薄膜由10~15 %的碳納米管和70~80% 的芐基縮水甘油醚和I 〇~15 %改性后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納米管制成。
[0007] 進一步，所述碳纖維復合材料的厚度為：2~3mm，所述預浸料厚度為0.09~ 0.17mm、活性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜厚度為50~80μπι、活性碳納米管/埃洛石納米 管復合薄膜的厚度為50~80μπι。
[0008] 進一步，所述碳纖維復合材料的鋪層順序自上而下分別為:8~10層預浸料，1層活 性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜和1層活性碳納米管/埃洛石納米管復合薄膜和8~10層 預浸料。
[0009] 同時，本發明還提供一種碳纖維復合材料的制備方法，所述碳纖維復合材料采用 模壓法制備，具體是將0.09~0.17_的碳纖維預浸料、活性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜 和活性碳納米管/埃洛石納米管復合薄膜置于平板硫化儀中，按照碳纖維預浸料的固化工 藝進行固化成型，最終壓制成厚度為2~3_的單向復合材料層合板。
[0010] 其中，活性石墨烯/埃洛石納米管復合薄膜的制備方法包括如下步驟：
[0011] a)將埃洛石納米管添加到鹽酸溶液中，取下層渾濁液，加蒸餾水離心處理，取沉淀 物烘干，研磨，得到粉末I;
[0012] b)在粉末I中加入氯化鈉溶液，攪拌，蒸餾水離心處理，105°C條件下烘干，研磨，得 到粉末Π ;
[0013] C)在粉末Π 中加入十六烷基三甲基溴化銨，60°C油浴攪拌，乙醇離心，90°C烘干， 研磨，得到改性后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納米管；
[0014] d)將氨基化石墨烯于芐基縮水甘油醚混合，機械攪拌，得到混合液I;
[0015] e)將混合液I加入球磨機中，在氮氣保護下球磨，得到混合液Π ;
[0016] f)將混合液Π 置于150 ± 5 °C的條件下油浴，然后常溫靜置，得到活性石墨烯混合 液；
[0017] g)在活性石墨烯混合液中加入改性后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納米管，得到混 合液m;
[0018] h)完全混合后將混合液m加熱到90±5°C，并在90±5°C的條件下機械攪拌，得到 混合液IV;
[0019] i)將混合液IV在60W超聲功率下超聲處理，常溫靜置后得到的活性石墨烯埃洛石 納米管混合液；
[0020] j)將活性石墨烯/埃洛石納米管混合液涂膜，然后常溫靜置，得到石墨烯/埃洛石 納米管復合薄膜。
[0021] 所述活性碳納米管/埃洛石納米管復合薄膜的制備方法包括如下步驟：
[0022] a)將氨基化碳納米管加入到芐基縮水甘油醚中，攪拌，得到混合液①；
[0023] b)將混合液①加入球磨機中，在氮氣保護下球磨，得到混合液②；
[0024] c)將混合液②在150 ± 5°C的條件下油浴，然后常溫靜置，得到活性碳納米管混合 液；
[0025] d)將改性后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納米管成品加入活性碳納米管混合液中， 并加熱到90 ± 5°C，在90 ± 5°C的條件下機械攪拌，得到混合液③；
[0026] e)將混合液③置于60W超聲功率下超聲處理，然后常溫靜置，得到的活性碳納米 管/埃洛石納米管混合液；
[0027] f)將活性碳納米管/埃洛石納米管混合液在四氟乙烯平板上進行涂膜，常溫靜置， 得到碳納米管/埃洛石納米管復合薄膜。
[0028] 進一步，所述球磨的條件為：球磨轉速200~500r/min，連續球磨IOmin后需間歇 5min，球磨時間0.5~4h。
[0029] 本發明所述涂膜的方法包括:用玻璃棒涂膜，用甩膜機涂膜，用涂膜機涂膜。
[0030] 有益效果：
[0031] 其一：
[0032]本發明的克服了現有技術上的不足，通過活性石墨烯/埃洛石納米管的混合處理， 活性碳納米管/埃洛石納米管的混合處理，實現對復合材料多維度，多尺度的增強增韌，通 過實施例1~4的數據可以看出，大大提高了復合材料的力學性能。
[0033]首先，本發明通過對氨基化石墨烯進行預處理，將氨基化石墨烯同芐基縮水甘油 醚反應，經過濕法球磨處理得到活性石墨烯。其次，通過對氨基化碳納米管進行預處理，將 氨基化碳納米管同芐基縮水甘油醚反應，經過濕法球磨處理得到活性碳納米管，最后，本發 明通過對埃洛石納米管進行預處理，將購買的埃洛石納米管和濃度鹽酸反應，靜置。倒掉上 清液，蒸餾水離心處理到PH= 6，烘干，研磨。然后加入氯化鈉溶液反應，蒸餾水離心處理直 到不含氯離子，烘干，研磨。最后同十六烷基三甲基溴化銨，乙醇離心，烘干，研磨得到改性 后的接枝長鏈聚合物的埃洛石納米管。
[0034]本發明通過上述三種預處理過程，將液體活性石墨烯同改性后埃洛石納米管進行 混雜處理，得到活性石墨烯/埃洛石納米管混合液。之后用常規涂膜方法將活性石墨烯/埃 洛石納米管混合液進行涂膜。將液體活性碳納米管同改性后埃洛石納米管進行混雜處理， 得到活性碳納米管/埃洛石納米管混合液。之后用常規涂膜方法將碳納米管/埃洛石納米管 混合液進行涂膜。最后將兩層納米復合膜鋪在預浸料層間模壓成型制備復合材料層合板， 其中，所述常規涂膜方法包括用玻璃棒涂膜，用甩膜機涂膜，用涂膜機涂膜等現有涂膜方 法。
[0035] 其二：
[0036] 本發明制備了兩種應用于層間增韌的納米復合膜。在復合膜的制備過