[发明专利]一种单层多孔石墨烯增强碳纤维鱼竿的制备方法

说明书

本发明公布了一种单层多孔石墨烯增强碳纤维鱼竿的制备方法，属于高分子材料技术领域，其特征在于，首先将膨胀石墨剥离成石墨烯微片分散液，喷干制得石墨烯微片粉末，经氧化后在NMP分散液中微波处理制得单层的多孔石墨烯前驱物，最后用强碱对此前驱物进行活化处理，得到孔洞丰富、孔径较大的单层多孔石墨烯，再与碳纤维复合制得碳纤维布材料，最终经剪裁卷制成鱼竿；本发明的单层多孔石墨烯能够极易包覆碳纤维的同时，又为鱼竿固化过程中树脂在碳纤维布之间的流通提供足够的通道，使得石墨烯与碳纤维以及碳纤维自身之间形成连续性佳的有机整体，进而大大提高碳纤维鱼竿的拉伸弯折强度，显著增大鱼竿钓重。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种单层多孔石墨烯增强碳纤维鱼竿的制备方法。

背景技术

现有的碳素鱼竿都是由不同等级的碳纤维布搭配并经由卷管缠带机固定在设定好的模具上，由单位时间高温固化而成，其中碳纤维布通常由碳纤维丝束预浸树脂制得。此种技术制成的鱼竿具有轻、挺、回弹力好的特点，国内外大多数高档的钓杆多采用此种技术；但由于碳素纤维具有刚性强，柔韧性低的特点，通常情况下45度以内的吊上强度比较好，但90度的绞入强度较低。

目前的普通鱼竿在长期高强度高频率的情况下使用，其强度和韧度会下降比较快，对于瞬间的小角度力量抵抗力较低，产品的使用寿命较短且长期使用刚性也会下降，使用一定时间后不能达到原有设计的调性，不符合在高强度、高频率下使用的要求。

石墨烯是目前世界上最薄却也是最坚硬的纳米材料，具有强度高、比表面积大、高化学反应活性、高填充性的特点，常用作碳纤维的增强材料。如公布号为CN107189354A的中国发明专利申请公布了一种石墨烯纳米片增强碳纤维复合材料的制备方法，首先将石墨烯纳米片分散到含有少量热固性树脂和固化剂的有机溶剂中，然后将碳纤维布置于石墨烯纳米片悬浮液中浸泡即得表面附着石墨烯纳米片的碳纤维布，该方法能够使石墨烯纳米片均匀地粘附在碳纤维表面，存在于碳纤维布的层间，固化后显著提高纤维复合材料的层间剪切强度、弯曲强度和纵向导热导电性能。但是，该方法制得的碳纤维布应用于鱼竿时还存在如下问题：由于石墨烯片层具有优异的阻隔性能，碳纤维布卷绕成鱼竿后需在固化炉中阶梯式升温固化成型，固化初期采用低温加热目的是让树脂在碳纤维之间流通，使碳纤维中的树脂均匀并粘结成整体，而石墨烯的阻隔作用会阻碍树脂在碳纤维与石墨烯之间的流通，甚至阻碍树脂在碳纤维层之间的流通，导致石墨烯与碳纤维之间连接力不足，做成鱼竿后在高频率高强度的使用下极易发生断裂。

另外，由于碳纤维表面活性低，与树脂基体浸润性差，容易导致复合材料的层间剪切强度降低，公告号为CN102787488B的中国发明专利公布了一种氧化石墨烯接纸表面改性碳纤维的方法，通过将氧化石墨烯功能化使氧化石墨烯在碳纤维表面均匀覆盖，大大提高碳纤维表面的粗糙度，从而通过锚定作用提高碳纤维增强复合材料的界面性能。但是，该方法制得的碳纤维复合材料用于鱼竿还存在如下问题：氧化石墨烯表面的含氧官能团会与碳纤维布中的助剂发生反应，影响涂布及碳纤维布的综合性能，同时这类官能团还会与模具上的脱模剂发生反应，导致鱼竿竿体无法与模具脱离，因此这种工艺制备的复合材料不适宜用于鱼竿的生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种单层多孔石墨烯增强碳纤维鱼竿的制备方法，首创性地将单层的多孔石墨烯与碳纤维复合用于鱼竿的制备，旨在使高强度高柔韧性的单层石墨烯包覆在碳纤维表面，提高碳纤维的拉伸强度、弯折强度，且结合力好，包覆容易；同时石墨烯的多孔结构为鱼竿成型过程中碳布中的树脂流通提供通道保证碳纤维之间、碳纤维与石墨烯之间充分浸润树脂，固化后形成有机整体，从而使鱼竿具有超高强度。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种单层多孔石墨烯增强碳纤维鱼竿的制备方法，其特征在于，按如下步骤进行：

(1)单层多孔石墨烯的制备：