本發(fā)明屬于碳材料和復(fù)合材料研究領(lǐng)域，具體為一種石墨烯預(yù)浸料的制備方法。

背景技術(shù)：
自2004年第一次制備得到石墨烯以來，石墨烯優(yōu)異的物理性能受到了眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。石墨烯具有優(yōu)良的導(dǎo)電性，電子遷移率高達(dá)2×105cm2v-1s-1，比目前已知的載流子遷移率最大的材料銻化銦高兩倍左右。石墨烯室溫下的電阻值只有銅的三分之二。同時(shí)，石墨烯具有很高的徑厚比(高達(dá)5000以上)和比表面積(理論值高達(dá)2600m2/g)，石墨烯的二維平面結(jié)構(gòu)使其比零維或一維導(dǎo)電材料在基體中更易構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。正是因?yàn)槭┚哂猩鲜鲞@些優(yōu)異的性能，使其在電學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯預(yù)浸料的制備方法，首先提出一種全新的石墨烯紙的制備方法，該方法工藝簡(jiǎn)單，無污染、適合規(guī)?；a(chǎn)。接著將本發(fā)明制備的石墨烯紙與樹脂制成預(yù)浸料。本發(fā)明為石墨烯的大規(guī)模應(yīng)用指明了方向。本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種石墨烯預(yù)浸料的制備方法，以石墨烯作為預(yù)浸料的增強(qiáng)材料，首先將石墨烯粉末放在兩層離型紙之間，然后將夾有石墨烯粉末的離型紙置于平板硫化機(jī)中，在常溫下冷壓，再通過機(jī)械剝離的方法得到均勻穩(wěn)定的石墨烯紙；再將石墨烯紙與預(yù)先制好半固化的環(huán)氧樹脂膠膜復(fù)合，得到石墨烯預(yù)浸料。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，石墨烯是插層剝離法、石墨氧化還原法或其他方法制備的石墨烯。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，石墨烯紙的制備工藝具體如下：將石墨烯粉末均勻鋪放在一張離型紙上，然后覆蓋上另一張離型紙；將上述夾有石墨烯粉末的離型紙置于平板硫化機(jī)中，在20～30℃、5～15MPa下壓20～60秒，使石墨烯粉末形成石墨烯紙；采用機(jī)械剝離的方法分離石墨烯紙和離型紙，得到均勻的石墨烯紙。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，石墨烯紙的厚度為0.05mm～0.10mm，方塊電阻為0.3～0.5Ω/□。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，石墨烯預(yù)浸料的制備：按質(zhì)量比稱取環(huán)氧樹脂：固化劑：促進(jìn)劑＝100:4～6:1～2，將上述混合物加熱熔融并攪拌均勻形成熔融的樹脂；將熔融的樹脂倒在兩張離型紙之間，再將夾有樹脂的離型紙放在兩個(gè)鋼板之間，利用鋼板自身重力將熔融的樹脂壓成膠膜狀；自然冷卻至室溫后取出，得到半固化的環(huán)氧樹脂膠膜；將一張石墨烯紙夾在兩張環(huán)氧樹脂膠膜之間，得到石墨烯預(yù)浸料。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，環(huán)氧樹脂膠膜所用環(huán)氧樹脂為E20和E51，固化劑為雙氰胺，促進(jìn)劑為二氯苯基二甲脲，所用環(huán)氧樹脂E20、E51、固化劑、促進(jìn)劑的質(zhì)量比為60:40:5:1.5。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，環(huán)氧樹脂膠膜的制備方法如下：將環(huán)氧樹脂基體E20和E51混合物加熱到100～120℃同時(shí)機(jī)械攪拌均勻；停止加熱繼續(xù)攪拌待溫度降低至70～90℃時(shí)保持溫度，加入固化劑和促進(jìn)劑，機(jī)械攪拌均勻，形成環(huán)氧樹脂膠膜；將上述混合物趁熱均勻涂在一張離型紙上，再蓋上另一張離型紙，將兩張離型紙和環(huán)氧樹脂膠膜置于在兩塊預(yù)先加熱到70～90℃的鋼板之間；自然冷卻至室溫后，得到半固化的環(huán)氧樹脂膠膜。所述的環(huán)氧樹脂膠膜的制備方法，環(huán)氧樹脂膠膜的厚度為0.25～0.35mm。所述的石墨烯預(yù)浸料的制備方法，將石墨烯紙夾在兩張半固化的環(huán)氧樹脂膠膜之間，使石墨烯紙與預(yù)先制好半固化的環(huán)氧樹脂膠膜復(fù)合，環(huán)氧樹脂膠固化條件為100～150℃下固化0.5～2小時(shí)，制得的石墨烯預(yù)浸料厚度為0.55～0.8mm。本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想是：所謂預(yù)浸料是用樹脂基體在嚴(yán)格控制的條件下浸漬連續(xù)纖維或織物所制成樹脂基體與增強(qiáng)體的復(fù)合物，是制造復(fù)合材料的中間材料。本發(fā)明將石墨烯應(yīng)用到預(yù)浸料中，將有助于推動(dòng)石墨烯的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。選用環(huán)氧樹脂體系作為基體是因?yàn)槠洳粌H具有優(yōu)異的力學(xué)性能，而且還具有密度低、耐腐蝕、成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)良特性，石墨烯預(yù)浸料有希望在航空航天領(lǐng)域獲得應(yīng)用。在石墨烯預(yù)浸料中，石墨烯片層之間相互搭接、連通，形成有效的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這使得該預(yù)浸料具有較高的電導(dǎo)率。同時(shí)環(huán)氧樹脂基體具有優(yōu)良的力學(xué)性能，將上述二者復(fù)合制得的復(fù)合材料將同時(shí)具有良好的電學(xué)和力學(xué)性能，該復(fù)合材料將擁有廣闊的應(yīng)用前景。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：(1)本發(fā)明無需對(duì)石墨烯進(jìn)行復(fù)雜的處理，制備過程簡(jiǎn)單，易于操作，制得的石墨烯紙均勻，且穩(wěn)定性好，特別是可以根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)定石墨烯紙的尺寸。(2)本發(fā)明采用物理方法制備石墨烯紙，未使用任何其它化學(xué)試劑，既沒有破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)，又確保無其他有機(jī)分子包覆石墨烯因此得到的石墨烯紙具有高電導(dǎo)率的優(yōu)點(diǎn)。(3)本發(fā)明提出的石墨烯的制備工藝簡(jiǎn)單，預(yù)浸料固化后仍保持石墨烯的高電導(dǎo)率。(4)本發(fā)明具有制備過程簡(jiǎn)單易控，無污染、尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，適合規(guī)?；a(chǎn)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所使用的石墨烯的掃描電子顯微鏡照片。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所制備的石墨烯紙的掃描電子顯微鏡照片。圖3為本發(fā)明實(shí)施例中所制備的石墨烯預(yù)浸料照片。具體實(shí)施方式在具體實(shí)施方式中，本發(fā)明石墨烯預(yù)浸料的制備方法，利用平板硫化機(jī)將石墨烯粉末均勻壓覆在離型紙上，再經(jīng)機(jī)械剝離的方法將石墨烯紙和離型紙分離，制得石墨烯紙。接著將石墨烯紙與預(yù)先制好的半固化環(huán)氧樹脂膠膜復(fù)合，得到石墨烯預(yù)浸料。其具體步驟如下：1.石墨烯紙的制備工藝將石墨烯粉末均勻鋪放在一張離型紙上，然后覆蓋上另一張離型紙；將上述夾有石墨烯粉末的離型紙置于平板硫化機(jī)中，在20～30℃、5～15MPa下壓20～60秒，使石墨烯粉末形成石墨烯紙；采用機(jī)械剝離的方法分離石墨烯紙和離型紙，得到均勻的具有一定強(qiáng)度的石墨烯紙。2.石墨烯預(yù)浸料的制備如圖1所示，本發(fā)明石墨烯的形貌特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)如下：石墨烯具有很好的片狀結(jié)構(gòu)，由于其具有非常大的徑厚比(大于1000)，其尺寸為0.5～50μm、厚度1～5nm，在宏觀上表現(xiàn)為如圖所示的蜷曲形態(tài)，呈現(xiàn)為蓬松的團(tuán)簇狀。本發(fā)明中，石墨烯可以是插層剝離法、石墨氧化還原法和其他方法制備的石墨烯，本發(fā)明使用的石墨烯是由石墨粉經(jīng)固相插層、高溫膨脹制得，厚度1～5nm，層數(shù)≤10層，尺寸為0.5～50μm，純度>97％。按一定的質(zhì)量比稱取環(huán)氧樹脂、固化劑和促進(jìn)劑，將上述混合物加熱熔融并攪拌均勻形成熔融的樹脂。將熔融的樹脂倒在兩張離型紙之間，再將夾有樹脂的離型紙放在兩個(gè)鋼板之間，利用鋼板自身重力將熔融的樹脂壓成膠膜狀。自然冷卻至室溫后取出，可以得到半固化的環(huán)氧樹脂膠膜。將一張石墨烯紙夾在兩張環(huán)氧樹脂膠膜之間，得到石墨烯預(yù)浸料。為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實(shí)施例和附圖進(jìn)一步詳述。實(shí)施例1取約2g石墨烯粉末，在離型紙上均勻地鋪成直徑約15cm的圓形，隨后將另一張離型紙的光滑面蓋在鋪好的石墨烯粉末上。將夾有石墨烯粉末的離型紙小心移入平板硫化機(jī)加熱板上，在25℃、10MPa下壓半分鐘。然后將離型紙取出，采用機(jī)械剝離的方法得到具有一定力學(xué)強(qiáng)度的石墨烯紙(圖2)。然后，分別稱取環(huán)氧樹脂E20:30g、環(huán)氧樹脂E51:20g并混合，加熱到120℃同時(shí)機(jī)械攪拌30min，攪拌均勻后降低體系溫度到70℃。再分別稱取雙氰胺2.5g、二氯苯基二甲脲(DCMU)0.75g，加入到環(huán)氧樹脂中并機(jī)械攪拌30min，使攪拌均勻。將混合好的樹脂倒在離型紙上，并在上面鋪上另一張離型紙。將兩張離型紙夾在兩塊預(yù)先加熱到70℃的鋼板之間，鋼板規(guī)格為21cm×21cm×1.5cm。自然冷卻至室溫，即可得到半固化的環(huán)氧樹脂膠膜。將石墨烯紙夾在兩張環(huán)氧樹脂膠膜之間，得到石墨烯預(yù)浸料(圖3)。利用該方法制得的石墨烯紙厚度為0.05mm，方塊電阻為0.4Ω/□。制得的石墨烯預(yù)浸料厚度為0.6mm，固化條件為120℃下固化1小時(shí)。實(shí)施例2與實(shí)施例1不同之處在于，將夾有石墨烯粉末的離型紙?jiān)?5℃、5MPa下壓半分鐘。然后將離型紙取出，采用機(jī)械剝離的方法得到石墨烯紙。將石墨烯紙夾在兩張環(huán)氧樹脂膠膜之間，得到石墨烯預(yù)浸料。利用該方法制得的石墨烯紙厚度為0.07mm，方塊電阻為0.45Ω/□。制得的石墨烯預(yù)浸料厚度為0.6mm，固化條件為120℃下固化1小時(shí)。實(shí)施例3與實(shí)施例1不同之處在于，將夾有石墨烯粉末的離型紙?jiān)?5℃、12MPa下壓半分鐘。然后將離型紙取出，采用機(jī)械剝離的方法得到石墨烯紙。將石墨烯紙夾在兩張環(huán)氧樹脂膠膜之間，得到石墨烯預(yù)浸料。利用該方法制得的石墨烯紙厚度為0.04mm，方塊電阻為0.35Ω/□。制得的石墨烯預(yù)浸料厚度為0.6mm，固化條件為120℃下固化1小時(shí)。在上述實(shí)施例中所用的石墨烯為四川金路集團(tuán)股份有限公司生產(chǎn)的，由石墨粉經(jīng)固相插層、高溫膨脹制得的石墨烯。從而可以看出，石墨烯紙的厚度和電導(dǎo)率與制備時(shí)的壓力有關(guān)，一般隨著壓力的增加，石墨烯紙的厚度降低，電導(dǎo)率增加。實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明利用石墨烯獨(dú)特的二維納米結(jié)構(gòu)，通過以上的制備工藝，使得石墨烯片層之間形成均勻連通的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，制得的石墨烯紙和石墨烯預(yù)浸料有很高的電導(dǎo)率。本發(fā)明具有制備過程簡(jiǎn)單易控，無污染、尺寸可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，適合規(guī)?；a(chǎn)。