[发明专利]一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法

说明书

本发明是一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法，该石墨烯预浸料是以半固化树脂微粒和石墨烯粉末为原料，通过溶液混合与干燥、热熔复合等工艺连续制备而成。在溶液混合时，石墨烯片层将树脂微粒包裹起来，经干燥和热熔复合后自行构建三维网络结构。在干燥和热熔复合时，树脂熔化流动，会部分浸润包裹在外的石墨烯片层或从中部分挤出，通过粘接为预浸料提供一定的强度。通过调整制备工艺和生产配方，可制备具有不同幅宽、面密度和导电性能的石墨烯预浸料。制备的石墨烯预浸料在抗雷击方面具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法，属于碳材料和功能材料技术领域。

背景技术

纤维树脂基复合材料具有良好的工艺性、高比强度和比刚度、质量轻密度小、成本低等诸多优点，因此在航空航天、船舶、汽车、体育、日常生活等方面得到了广泛的应用。尤其是在航空领域，在过去的30年里，树脂基复合材料逐渐代替金属材料，在飞机中的应用比例逐步增加。但是，现有的树脂基复合材料在某些方面存在缺陷，无法满足某些特定场所的需求。比如，即使是导电性能最好的碳纤维也无法在树脂基体中形成良好的导电网络，因此与金属材料相比，树脂基复合材料的导电性能较差，用作飞机机身在遭遇雷击时，大量电荷无法快速分散，而是聚集在初始附着区附近，产生高温，引发复合材料分层、烧蚀，使得复合材料严重损伤、性能大幅度下降，危及飞行安全。除此以外，还会产生强烈的电磁场，使得飞机上的电子设备失灵或者损伤，影响飞机正常飞行；甚至击穿复合材料，在飞机内部产生火花，造成油箱爆炸等危险。

树脂基复合材料是由碳纤维预浸料或其它预浸料铺贴成预成型体，通过热压罐固化成型制备而成。因此，研制新型预浸料是行之有效的解决方法之一。石墨烯是一种由碳原子以六元环形式排列而成的二维材料，具有导电性能优异、质量轻密度低等优点，用其和半固化树脂热熔复合制备的石墨烯预浸料，通过表面改性，或许可以很好的弥补传统预浸料及其复合材料导电性能较差的缺点。特别是，对石墨烯的分散状态进行精准控制，以三维网络结构的形式分散在树脂基体中，可以使得在较低的石墨烯含量下，成品(预浸料、复合材料等)获得更高的导电性能，同时不会对其它性能造成负面影响。

CN201410459232.3公开了一种石墨烯预浸料的制备方法，其先采用平板硫化机压覆的方法制备石墨烯纸，而后将石墨烯纸与半固化环氧树脂胶膜复合，得到石墨烯预浸料。这种方法制备的石墨烯预浸料是由石墨烯和环氧树脂以层状形式堆叠而成，两者并没有相互浸润。与此同时，产品并非以传统成卷的形式存在，而是以成片的形式存在，生产效率低，不适合批量化生产的需求。

CN201810024685.1公开了一种石墨烯薄膜预浸料的制备方法，其先以石墨烯为原料制备具有三维网络结构或者多孔结构的石墨烯薄膜，然后将其和树脂胶膜热熔复合制备石墨烯薄膜预浸料。这种方法中树脂需要在热熔复合的过程中，通过高温熔化浸入具有三维网络结构或者多孔结构的石墨烯薄膜。虽然实现了石墨烯薄膜预浸料连续制备，但是，热熔复合的时间较短，树脂很难充分地浸润石墨烯薄膜。预浸料中有时存在着未浸润的区域，会对产品的质量产生显著影响。

CN201510607806.1公开了一种石墨烯纸预浸料的制备方法，其先采用超声、微孔滤膜真空过滤和热处理的方法制备具有自支撑的石墨烯纸状材料，而后将其在环氧树脂和溶剂的混合液中浸渍，加热去除溶剂后，得到树脂浸渍的石墨烯纸预浸料。这种方法制备的石墨烯纸预浸料中石墨烯得到环氧树脂充分的浸润，但是不适合大规模批量化生产。

发明内容

本发明的目的是：针对上述现有技术存在的问题而设计提供了一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法，石墨烯预浸料是以半固化树脂微粒和石墨烯粉末为原料，通过溶液混合、干燥、热熔复合工艺连续制备而成。

在使用前，通过粉碎、研磨等方法，半固化树脂微粒的粒径为500nm-20um。