[发明专利]一种石墨烯预浸料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳材料和复合材料研究领域，具体为一种石墨烯预浸料的制备方法。

背景技术

自2004年第一次制备得到石墨烯以来，石墨烯优异的物理性能受到了众多学者的广泛关注。石墨烯具有优良的导电性，电子迁移率高达2×10⁵cm²v^-1s^-1，比目前已知的载流子迁移率最大的材料锑化铟高两倍左右。石墨烯室温下的电阻值只有铜的三分之二。同时，石墨烯具有很高的径厚比(高达5000以上)和比表面积(理论值高达2600m²/g)，石墨烯的二维平面结构使其比零维或一维导电材料在基体中更易构成导电网络。正是因为石墨烯具有上述这些优异的性能，使其在电学领域展现了良好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯预浸料的制备方法，首先提出一种全新的石墨烯纸的制备方法，该方法工艺简单，无污染、适合规模化生产。接着将本发明制备的石墨烯纸与树脂制成预浸料。本发明为石墨烯的大规模应用指明了方向。

本发明的技术方案是：

一种石墨烯预浸料的制备方法，以石墨烯作为预浸料的增强材料，首先将石墨烯粉末放在两层离型纸之间，然后将夹有石墨烯粉末的离型纸置于平板硫化机中，在常温下冷压，再通过机械剥离的方法得到均匀稳定的石墨烯纸；再将石墨烯纸与预先制好半固化的环氧树脂胶膜复合，得到石墨烯预浸料。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，石墨烯是插层剥离法、石墨氧化还原法或其他方法制备的石墨烯。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，石墨烯纸的制备工艺具体如下：将石墨烯粉末均匀铺放在一张离型纸上，然后覆盖上另一张离型纸；将上述夹有石墨烯粉末的离型纸置于平板硫化机中，在20～30℃、5～15MPa下压20～60秒，使石墨烯粉末形成石墨烯纸；采用机械剥离的方法分离石墨烯纸和离型纸，得到均匀的石墨烯纸。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，石墨烯纸的厚度为0.05mm～0.10mm，方块电阻为0.3～0.5Ω/□。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，石墨烯预浸料的制备：按质量比称取环氧树脂：固化剂：促进剂＝100:4～6:1～2，将上述混合物加热熔融并搅拌均匀形成熔融的树脂；将熔融的树脂倒在两张离型纸之间，再将夹有树脂的离型纸放在两个钢板之间，利用钢板自身重力将熔融的树脂压成胶膜状；自然冷却至室温后取出，得到半固化的环氧树脂胶膜；将一张石墨烯纸夹在两张环氧树脂胶膜之间，得到石墨烯预浸料。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，环氧树脂胶膜所用环氧树脂为E20和E51，固化剂为双氰胺，促进剂为二氯苯基二甲脲，所用环氧树脂E20、E51、固化剂、促进剂的质量比为60:40:5:1.5。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，环氧树脂胶膜的制备方法如下：将环氧树脂基体E20和E51混合物加热到100～120℃同时机械搅拌均匀；停止加热继续搅拌待温度降低至70～90℃时保持温度，加入固化剂和促进剂，机械搅拌均匀，形成环氧树脂胶膜；将上述混合物趁热均匀涂在一张离型纸上，再盖上另一张离型纸，将两张离型纸和环氧树脂胶膜置于在两块预先加热到70～90℃的钢板之间；自然冷却至室温后，得到半固化的环氧树脂胶膜。

所述的环氧树脂胶膜的制备方法，环氧树脂胶膜的厚度为0.25～0.35mm。

所述的石墨烯预浸料的制备方法，将石墨烯纸夹在两张半固化的环氧树脂胶膜之间，使石墨烯纸与预先制好半固化的环氧树脂胶膜复合，环氧树脂胶固化条件为100～150℃下固化0.5～2小时，制得的石墨烯预浸料厚度为0.55～0.8mm。

本发明的设计思想是：

所谓预浸料是用树脂基体在严格控制的条件下浸渍连续纤维或织物所制成树脂基体与增强体的复合物，是制造复合材料的中间材料。本发明将石墨烯应用到预浸料中，将有助于推动石墨烯的大规模产业化应用。选用环氧树脂体系作为基体是因为其不仅具有优异的力学性能，而且还具有密度低、耐腐蚀、成型工艺简单等优良特性，石墨烯预浸料有希望在航空航天领域获得应用。在石墨烯预浸料中，石墨烯片层之间相互搭接、连通，形成有效的导电网络，这使得该预浸料具有较高的电导率。同时环氧树脂基体具有优良的力学性能，将上述二者复合制得的复合材料将同时具有良好的电学和力学性能，该复合材料将拥有广阔的应用前景。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：