[发明专利]一种氧化石墨烯处理混杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纤维增强热塑性复合材料技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯处理 混杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的制备方法。

背景技术

高性能热塑性树脂基复合材料具有良好的力学性能，成型方法多、工艺简单、 可多次加工，在汽车工业、航空航天等领域越来越受到重视。其中，具有芳香结构 的聚醚砜(PES)是一种引人注目的高性能工程塑料，它具有优良的力学性能、热稳 定性、化学稳定性、抗高温蠕变性等，其Tg为225℃，长期使用温度可达180℃， 填充适量纤维的聚醚砜复合材料是一种力学性能优良复合材料。

碳纤维(CF)以其优良的性能在工程中得到了广泛的应用，但是，CF增强树脂 基复合材料的脆性大，在冲击载荷下呈明显的脆性破坏模式；同时，CF昂贵的价格 也限制了其更广泛的应用。而与玻璃纤维(GF)混杂增强的树脂基复合材料可以有 效改善单纯CF增强材料韧性差的缺陷，并且能够大幅度提高材料的经济性，因此， GF与CF混杂增强聚醚砜复合材料可使其达到优良的性能。

氧化石墨烯(GO)由于其具有优良的力学性能，近年来引起了科学家们的浓厚 兴趣，材料科学家们也利用氧化石墨烯改进树脂材料的拉伸强度、模量、玻璃化转 变温度以及摩擦磨损性能等。氧化石墨烯的加入不仅可以作为增强材料来增强PES 的性能，它还可以改性纤维的表面，氧化石墨烯可以与纤维表面的基团相互作用使 氧化石墨烯包覆在纤维表面，增大纤维的比表面积，从而提高纤维与基体界面的粘 接力，从而使材料达到更佳的性能。

我们用低价的玻璃纤维来混杂CF增强聚醚砜树脂，并加入高性能的氧化石墨烯 组成了GO-GF/CF/PES混杂体系，在降低成本的同时也能把三者的优点在复合效应 中充分展示，以达到良好的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的制备方法，可 有效的降低成本，并提高复合材料的力学性能。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明的氧化石墨烯处理混杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的制备方法，包括 以下步骤：

(1)用氧化剂将天然石墨氧化成氧化石墨，把得到的氧化石墨配置成水溶液然 后超声剥离得到氧化石墨烯水溶液；

(2)将短切玻璃纤维与碳纤维混合用去离子水或者蒸馏水进行清洗处理，以清 除短切纤维表面的杂质，并经干燥得到干燥短切纤维；

(3)向步骤(2)的干燥短切纤维中加入步骤(1)的氧化石墨烯水溶液，优选 地，可以使混杂纤维完全浸泡在氧化石墨烯水溶液中，然后搅拌(例如机械搅拌等) 使纤维均匀分散在氧化石墨烯溶液中；

(4)将步骤(3)中的纤维和水溶液干燥除去水分；可以优选在干燥过程中仍 进行间断性搅拌；

(5)将步骤(4)处理好的混杂短切纤维与聚醚砜颗粒混合，然后挤出注塑， 完成混杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的制备。

根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(1)的氧化剂为硝酸钠、浓硫酸和高 锰酸钾的混合物，所述浓硫酸的质量浓度为90％～98％。所述氧化剂与石墨的比例为， 石墨：硝酸钠：浓硫酸：高锰酸钾＝1g：0.5g：(20～25)mL：(3～3.5)g。所述氧化 石墨烯水溶液的浓度可以根据需要随意配置。

根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(1)的超声功率为1000～1500w，超 声剥离时间为1～1.5h。

根据本发明的制备方法，其中，所述的混杂短切纤维为玻璃纤维和碳纤维，玻 璃纤维与碳纤维体积比为1:3～3:1。所述碳纤维的纤维长度为6～10mm；玻璃纤维 优选无碱高强玻璃纤维，纤维长度为为6～10mm。

根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(5)的混杂短切纤维长度为6～10mm。

根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(3)中氧化石墨烯水溶液处理纤维时 浸泡和搅拌的时间为20～24h。

根据本发明的制备方法，其中，所述步骤(5)中混杂短切纤维占制备完成的混 杂短切纤维增强聚醚砜复合材料的体积分数为5％～30％。

根据本发明所述的制备方法，其中，所述氧化石墨烯在制备完成的混杂短切纤 维增强聚醚砜复合材料中的质量分数为0.1％～1％。