[发明专利]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

权利要求书

1.一种碳纤维/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，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1h；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。

2.按照权利要求1所述的一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，制备石墨烯：称量NaNO₃固体溶于98％浓硫酸中，置于冰水浴中并加入转子不断搅拌，加入鳞片石墨，持续搅拌30min，缓慢加入KMnO₄，保持0℃，继续搅拌30min。然后升温至35℃，搅拌1h；加入去离子水然后升温至98℃，在该温度保持15min；加入预先预热到50℃的去离子水，加入双氧水，终止反应，并搅拌10min直至不再产生气泡；配制5％的盐酸溶液，加入到反应溶液中，离心得到沉淀；用去离子水反复洗涤沉淀至离心液pH＝7，将所得沉淀冻干得到氧化石墨烯，取所得氧化石墨烯，快速放入到预热至1050℃的马弗炉中保持30秒膨胀石墨烯；取一定量膨胀石墨烯加入无水乙醇中，超声剥离15h，得到石墨烯。

3.按照权利要求1所述的一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，步骤二中，石墨烯：异氰酸酯：丙二醛的用量关系100mg：0.005-0.1mol：0.05-0.1mol。

4.按照权利要求1所述的一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，石墨烯溶解于二甲基甲酰胺中形成0.33mg/mL的均匀分散液。

5.按照权利要求1所述的一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，环氧树脂为E-51。

6.按照权利要求1所述的一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料的制备方法，其特征在于，步骤四中，控制工作功率在120-170W；控制浸胶时间为8-15s，丝束张力为160-200克。

7.一种碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料，其特征在于，将权利要求1-6任一项制备方法所得碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂预浸料通过热压机来制备层压板，所用压力为5MPa，升温过程为：90℃，1h；130℃，2h；150℃，2h，然后保压冷却至室温得到碳纤维/石墨烯/碳纳米管/环氧树脂复合材料。