[发明专利]一种氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合型材领域，具体涉及一种氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材及其制备方法。

背景技术

从石墨烯发现那一天起，已经成为研究热点，在超级电容、透明电极、海水淡化、太阳能电池、复合材料等领域有广泛应用。石墨烯由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型蜂巢晶格，其结构单元为碳六元环，是一种只有单层碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的机械、电学和热学性能。氧化石墨烯是石墨烯派生物，与石墨烯结构大体相同，氧化石墨烯含有羟基—OH、羧基—COOH、羰基C＝O等官能团，可以与其它化学基团进行共价反应。

聚丙烯纤维，简称丙纶，具有熔点低、耐化学腐蚀、热变形温度高等特点，是热塑性复合材料的常用基体材料。氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材可以克服单一聚合物的一些缺陷，赋予聚合物特殊的物化性能，改善聚合物的综合性能，扩宽聚合物的应用领域。以期得到成型效果良好的丙纶基连续纤维增强机织复合材料。

发明内容

发明目的：本发明提供一种氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材及其制备方法。

技术方案：一种氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材，所述复合型材是氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合树脂材料，是氧化石墨烯丙纶基机平纹组织织布与纤维隔热材料制成层连间隔结构复合平网，最终与树脂复合材料制成的耐热高强复合型材，其中，所述氧化石墨烯丙纶基机平纹组织织布采用氧化石墨烯丙纶长丝纤维，丙纶长丝纤维中氧化石墨烯重量百分比含量0.3-0.7％。

一种根据所述的氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、氧化石墨烯丙纶基机平纹组织织布制备：所述氧化石墨烯丙纶基机平纹组织织布采用氧化石墨烯丙纶长丝纤维，丙纶纤维中氧化石墨烯重量百分比含量0.3-0.7％，210D，24F；通过络筒、并丝、捻丝、定型、整经、浆丝、并轴、穿结经、机织织造工序，以氧化石墨烯丙纶复丝为经纬纱线，织造经密45-55根/5cm，纬密30-40根/5cm的平纹组织，平方米克重为500-700g/㎡,厚度0.06-0.20mm；

步骤二、氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合材料制备：将隔热材料，制成几种不同厚度与密度的平网，隔热层平方米克重为150-220g/㎡,厚度0.10-0.25mm；将氧化石墨烯丙纶基机平纹组织织布覆于其上，采用干法成网、针刺加固的方法非织造网材；所述隔热层材料为石棉、岩棉、玻璃纤维、硅酸铝纤维、高硅氧纤维和氧化铝纤维中的一种或几种；

步骤三、多层氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合材料制备：所述多层氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合材料为两层或两层以上，主要目的为增加复合材料内部氧化石墨烯丙纶含量；通过针刺加固将氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合材料进行正反2次针刺加固，针刺密度为90-130刺/cm²，针刺频率220-280刺/min，第一次植针密度为2500枚/m，第二次植针密度为2500枚/m，针刺纤网的速度分别为1.8-2.0m/min；

步骤四、树脂复合材料制备：所述树脂复合材料为环氧树脂，将环氧树脂和固化剂按照质量比2：1称取，在45-60℃下预热10min，加入环氧树脂质量分数3-5％硅烷偶合剂及质量分数3-5％氧化石墨烯N-甲基吡咯烷酮分散液(0.5％)，搅拌10min，45-60℃抽真空30-40min，去除环氧树脂中气泡；在环氧树脂中依次加入环氧树脂质量分数1-2％的促进剂、丙酮，搅拌混合均匀，将多层氧化石墨烯丙纶基增强平纹组织复合材料浸入，加入环氧树脂质量分数40％的固化剂，充分搅拌均匀，45-60℃抽真空30-40min，去除气泡；放入鼓风干燥箱中：常温2h,然后温度为95℃-120℃下4h进行固化,最终得到氧化石墨烯丙纶耐热高强复合型材。

作为优化：所述步骤四中，加入的固化剂为脂肪胺类、芳香族、脂肪环类、改性胺类、酸酐类、低分子聚酰胺和潜伏性胺固化剂其中一种或几种。

作为优化：所述步骤四中，加入的硅烷偶合剂为硅烷偶联剂KH-560、硅烷偶联剂A-172、复合型铝钛偶联剂其中一种或几种。

作为优化：所述步骤四中，加入的环氧促进剂为环氧促进剂XH-610、环氧促进剂DMP-30、巴斯夫E-6623、环氧固化促进剂EM-7604H其中一种或几种。

有益效果：本发明的具体优势如下：

1、本发明中的氧化石墨烯丙纶与传统丙纶相比具有优异耐温、传热、高强效果，抗冲击性能也同时提高。