[发明专利]一种石墨烯改性多功能Glare层板及制备方法

说明书

本发明涉及多功能复合材料领域，特别是特别是一种石墨烯改性多功能Glare层板及制备方法。包括以下步骤：(1)制备石墨烯悬浮液，将其加入到环氧树脂基体中超声搅拌，将丙酮挥发得到石墨烯改性胶黏剂；(2)对待使用的铝板表面进行处理，形成利于粘接的粗糙表面；(3)石墨烯改性胶黏剂加入环氧树脂固化剂后，与玻璃纤维混合形成预浸料，预浸料、铝板通过湿法铺层形成交替铺层结构，再通过热压固化形成所述石墨烯改性多功能Glare层板。本发明制备的多功能Glare层板的拉伸性能、弯曲性能和电化学性能都要好于传统使用的Glare层板，可以满足Glare层板在使用过程中的多功能性要求，达到更好的应用效果，预期在航空航天、交通运输领域具有广泛应用前景。

技术领域

本发明涉及多功能复合材料领域，特别是一种石墨烯改性多功能Glare层板及制备方法。

背景技术

Glare层板是第二代纤维金属层板，其结构为玻璃纤维-环氧树脂预浸料和铝合金交替铺层而成，既结合了金属比强度和比刚度高的特点，又延续了纤维复材优良的疲劳性能、高损伤容限等特点。通常作为轻量化结构件被广泛的应用于航天飞机的制造当中。所以修补损伤后的Glare层板是航空工业必不可少的技术之一。Glare层板制备工艺简单，不需要复杂的工艺设备，可以进行大批量生产。在实际应用中，一般作为飞机机翼蒙皮等航空承载结构使用。安全性和经济性要求Glare层板在使用过程中，不但要有充足的承载能力，而且要便于进行结构健康监测(SHM)。SHM寻求以连续实施无损检测的方式将传感器集成到结构中。目前SHM技术中除了使用应变电阻片和光纤传感器等常见传感器外,开始越来越多地使用压电传感器。基于结构本身电信号的结构健康监测技术可以实现原位监测。这就对Glare层板的多功能性有了新的要求。

为了满足结构健康检测要求下的Glare层板的多功能要求，就必须对现有Glare层板进行改进。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式组成的六角型呈蜂巢晶格的二维纳米材料。石墨烯具有高导电性、高强度、超轻薄的特性，已被用于树脂材料的改性，以调整材料的机械性能和导电性能。石墨烯的制备方法有多种，一般来说，热膨胀法制备是一种低成本、低消耗的方法，不需要昂贵的设备也不需要复杂的操作。热膨胀法是将石墨层化合物经过高温膨胀和超声波震荡，快速连续的生产石墨烯的有效方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种多功能Glare层板及其制备，其中通过对该Glare层板内关键的多功能填料石墨烯的添加量等进行改进，并采用相应的制备方法，与现有技术相比能够有效解决Glare层板功能单一等的问题，本发明是先利用高温膨胀法制备石墨烯，再利用石墨烯优异的力学性能以及高比表面积对Glare层板中的环氧树脂进行改性，并将改性后的环氧树脂胶黏剂与玻璃纤维和铝板一起通过湿法铺层形成交替铺层结构。然后通过热压固化形成Glare层板。该多功能Glare层板内的石墨烯在胶黏剂中添加量为0.2-1％的质量比(指石墨烯在固化后的胶黏剂中的质量占比，即石墨烯与石墨烯、环氧树脂、环氧树脂固化剂三者总质量之比)。

本发明的具体方案如下：

一种石墨烯改性多功能Glare层板，包括玻璃纤维、铝板和石墨烯改性胶黏剂；所述石墨烯改性胶黏剂为分散有石墨烯的环氧树脂。其中，改性剂石墨烯质量占比为0.2％-1wt％，最佳质量占比为1wt％(石墨烯质量占比指石墨烯在环氧树脂、环氧树脂固化剂及石墨烯三者总质量中的占比)；胶黏剂的力学性能会随着改性剂石墨烯质量占比的增加，呈先增加后减小的趋势。

所述石墨烯改性多功能Glare层板可采用以下方法制备：所述石墨烯改性胶黏剂加入环氧树脂固化剂后，与玻璃纤维混合形成预浸料，预浸料、铝板通过湿法铺层形成交替铺层结构，再通过热压固化形成所述石墨烯改性多功能Glare层板。

上述石墨烯改性多功能Glare层板的制备方法具体来说包括以下步骤：

步骤1、制备石墨烯改性胶黏剂：

(1)采用以下方法制备石墨烯悬浮液：