本發(fā)明屬于復(fù)合型材領(lǐng)域，具體涉及一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材及其制備方法。
背景技術(shù)：
從石墨烯發(fā)現(xiàn)那一天起，已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)，在超級(jí)電容、透明電極、海水淡化、太陽(yáng)能電池、復(fù)合材料等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。石墨烯由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型蜂巢晶格，其結(jié)構(gòu)單元為碳六元環(huán)，是一種只有單層碳原子厚度的二維材料。石墨烯具有優(yōu)異的機(jī)械、電學(xué)和熱學(xué)性能。氧化石墨烯是石墨烯派生物，與石墨烯結(jié)構(gòu)大體相同，氧化石墨烯含有羥基—oh、羧基—cooh、羰基c＝o等官能團(tuán)，可以與其它化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行共價(jià)反應(yīng)。
聚丙烯纖維，簡(jiǎn)稱(chēng)丙綸，具有熔點(diǎn)低、耐化學(xué)腐蝕、熱變形溫度高等特點(diǎn)，是熱塑性復(fù)合材料的常用基體材料。氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材可以克服單一聚合物的一些缺陷，賦予聚合物特殊的物化性能，改善聚合物的綜合性能，擴(kuò)寬聚合物的應(yīng)用領(lǐng)域。以期得到成型效果良好的丙綸基連續(xù)纖維增強(qiáng)機(jī)織復(fù)合材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材及其制備方法。
技術(shù)方案：一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，所述復(fù)合型材是氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合樹(shù)脂材料，是氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布與纖維隔熱材料制成層連間隔結(jié)構(gòu)復(fù)合平網(wǎng)，最終與樹(shù)脂復(fù)合材料制成的耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，其中，所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸長(zhǎng)絲纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.3-0.7％。
一種根據(jù)所述的氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布制備：所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.3-0.7％，210d，24f；通過(guò)絡(luò)筒、并絲、捻絲、定型、整經(jīng)、漿絲、并軸、穿結(jié)經(jīng)、機(jī)織織造工序，以氧化石墨烯丙綸復(fù)絲為經(jīng)緯紗線(xiàn)，織造經(jīng)密45-55根/5cm，緯密30-40根/5cm的平紋組織，平方米克重為500-700g/㎡,厚度0.06-0.20mm；
步驟二、氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：將隔熱材料，制成幾種不同厚度與密度的平網(wǎng)，隔熱層平方米克重為150-220g/㎡,厚度0.10-0.25mm；將氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布覆于其上，采用干法成網(wǎng)、針刺加固的方法非織造網(wǎng)材；所述隔熱層材料為石棉、巖棉、玻璃纖維、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維和氧化鋁纖維中的一種或幾種；
步驟三、多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：所述多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料為兩層或兩層以上，主要目的為增加復(fù)合材料內(nèi)部氧化石墨烯丙綸含量；通過(guò)針刺加固將氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料進(jìn)行正反2次針刺加固，針刺密度為90-130刺/cm2，針刺頻率220-280刺/min，第一次植針密度為2500枚/m，第二次植針密度為2500枚/m，針刺纖網(wǎng)的速度分別為1.8-2.0m/min；
步驟四、樹(shù)脂復(fù)合材料制備：所述樹(shù)脂復(fù)合材料為環(huán)氧樹(shù)脂，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑按照質(zhì)量比2：1稱(chēng)取，在45-60℃下預(yù)熱10min，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-5％硅烷偶合劑及質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-5％氧化石墨烯n-甲基吡咯烷酮分散液(0.5％)，攪拌10min，45-60℃抽真空30-40min，去除環(huán)氧樹(shù)脂中氣泡；在環(huán)氧樹(shù)脂中依次加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)1-2％的促進(jìn)劑、丙酮，攪拌混合均勻，將多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料浸入，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的固化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?5-60℃抽真空30-40min，去除氣泡；放入鼓風(fēng)干燥箱中：常溫2h,然后溫度為95℃-120℃下4h進(jìn)行固化,最終得到氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材。
作為優(yōu)化：所述步驟四中，加入的固化劑為脂肪胺類(lèi)、芳香族、脂肪環(huán)類(lèi)、改性胺類(lèi)、酸酐類(lèi)、低分子聚酰胺和潛伏性胺固化劑其中一種或幾種。
作為優(yōu)化：所述步驟四中，加入的硅烷偶合劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-560、硅烷偶聯(lián)劑a-172、復(fù)合型鋁鈦偶聯(lián)劑其中一種或幾種。
作為優(yōu)化：所述步驟四中，加入的環(huán)氧促進(jìn)劑為環(huán)氧促進(jìn)劑xh-610、環(huán)氧促進(jìn)劑dmp-30、巴斯夫e-6623、環(huán)氧固化促進(jìn)劑em-7604h其中一種或幾種。
有益效果：本發(fā)明的具體優(yōu)勢(shì)如下：
1、本發(fā)明中的氧化石墨烯丙綸與傳統(tǒng)丙綸相比具有優(yōu)異耐溫、傳熱、高強(qiáng)效果，抗沖擊性能也同時(shí)提高。
2、本發(fā)明氧化石墨烯丙綸纖維中含有氧化石墨烯，纖維表面氧化石墨烯易與環(huán)氧樹(shù)脂錨定，從而強(qiáng)化多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料與樹(shù)脂的結(jié)合。
3、本發(fā)明在環(huán)氧樹(shù)脂中加入硅烷偶合劑及氧化石墨烯n-甲基吡咯烷酮分散液對(duì)樹(shù)脂中的氧化石墨烯進(jìn)行硅烷修飾，從而增強(qiáng)樹(shù)脂中的硅烷修飾氧化石墨烯與多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料錨定，起到協(xié)同雙錨定的效果。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
具體實(shí)施例一：
一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，所述復(fù)合型材是氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合樹(shù)脂材料，是氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布與纖維隔熱材料制成層連間隔結(jié)構(gòu)復(fù)合平網(wǎng)，最終與樹(shù)脂復(fù)合材料制成的耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，其中，所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸長(zhǎng)絲纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.3％。
一種根據(jù)所述的氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布制備：所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.3％，210d，24f；通過(guò)絡(luò)筒、并絲、捻絲、定型、整經(jīng)、漿絲、并軸、穿結(jié)經(jīng)、機(jī)織織造工序，以氧化石墨烯丙綸復(fù)絲為經(jīng)緯紗線(xiàn)，織造經(jīng)密45根/5cm，緯密30根/5cm的平紋組織，平方米克重為500g/㎡,厚度0.06mm。
步驟二、氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：將隔熱材料，制成幾種不同厚度與密度的平網(wǎng)，隔熱層平方米克重為150g/㎡,厚度0.10mm；將氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布覆于其上，采用干法成網(wǎng)、針刺加固的方法非織造網(wǎng)材；所述隔熱層材料為石棉、巖棉、玻璃纖維、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維和氧化鋁纖維中的一種或幾種。
步驟三、多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：所述多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料為兩層或兩層以上，主要目的為增加復(fù)合材料內(nèi)部氧化石墨烯丙綸含量；通過(guò)針刺加固將氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料進(jìn)行正反2次針刺加固，針刺密度為90刺/cm2，針刺頻率220刺/min，第一次植針密度為2500枚/m，第二次植針密度為2500枚/m，針刺纖網(wǎng)的速度分別為1.8m/min。
步驟四、樹(shù)脂復(fù)合材料制備：所述樹(shù)脂復(fù)合材料為環(huán)氧樹(shù)脂，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑按照質(zhì)量比2：1稱(chēng)取，在45℃下預(yù)熱10min，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％硅烷偶合劑及質(zhì)量分?jǐn)?shù)3％氧化石墨烯n-甲基吡咯烷酮分散液(0.5％)，攪拌10min，45℃抽真空30min，去除環(huán)氧樹(shù)脂中氣泡；在環(huán)氧樹(shù)脂中依次加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)1％的促進(jìn)劑、丙酮，攪拌混合均勻，將多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料浸入，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的固化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?5℃抽真空30min，去除氣泡；放入鼓風(fēng)干燥箱中：常溫2h,然后溫度為95℃下4h進(jìn)行固化,最終得到氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材；加入的固化劑為脂肪胺類(lèi)、芳香族、脂肪環(huán)類(lèi)、改性胺類(lèi)、酸酐類(lèi)、低分子聚酰胺和潛伏性胺固化劑其中一種或幾種；加入的硅烷偶合劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-560、硅烷偶聯(lián)劑a-172、復(fù)合型鋁鈦偶聯(lián)劑其中一種或幾種；加入的環(huán)氧促進(jìn)劑為環(huán)氧促進(jìn)劑xh-610、環(huán)氧促進(jìn)劑dmp-30、巴斯夫e-6623、環(huán)氧固化促進(jìn)劑em-7604h其中一種或幾種。
具體實(shí)施例二：
一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，所述復(fù)合型材是氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合樹(shù)脂材料，是氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布與纖維隔熱材料制成層連間隔結(jié)構(gòu)復(fù)合平網(wǎng)，最終與樹(shù)脂復(fù)合材料制成的耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，其中，所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸長(zhǎng)絲纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.7％。
一種根據(jù)所述的氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布制備：所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.7％，210d，24f；通過(guò)絡(luò)筒、并絲、捻絲、定型、整經(jīng)、漿絲、并軸、穿結(jié)經(jīng)、機(jī)織織造工序，以氧化石墨烯丙綸復(fù)絲為經(jīng)緯紗線(xiàn)，織造經(jīng)密55根/5cm，緯密40根/5cm的平紋組織，平方米克重為700g/㎡,厚度0.20mm。
步驟二、氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：將隔熱材料，制成幾種不同厚度與密度的平網(wǎng)，隔熱層平方米克重為220g/㎡,厚度0.25mm；將氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布覆于其上，采用干法成網(wǎng)、針刺加固的方法非織造網(wǎng)材；所述隔熱層材料為石棉、巖棉、玻璃纖維、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維和氧化鋁纖維中的一種或幾種。
步驟三、多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：所述多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料為兩層或兩層以上，主要目的為增加復(fù)合材料內(nèi)部氧化石墨烯丙綸含量；通過(guò)針刺加固將氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料進(jìn)行正反2次針刺加固，針刺密度為130刺/cm2，針刺頻率280刺/min，第一次植針密度為2500枚/m，第二次植針密度為2500枚/m，針刺纖網(wǎng)的速度分別為2.0m/min。
步驟四、樹(shù)脂復(fù)合材料制備：所述樹(shù)脂復(fù)合材料為環(huán)氧樹(shù)脂，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑按照質(zhì)量比2：1稱(chēng)取，在60℃下預(yù)熱10min，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)3-5％硅烷偶合劑及質(zhì)量分?jǐn)?shù)5％氧化石墨烯n-甲基吡咯烷酮分散液(0.5％)，攪拌10min，45-60℃抽真空40min，去除環(huán)氧樹(shù)脂中氣泡；在環(huán)氧樹(shù)脂中依次加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)2％的促進(jìn)劑、丙酮，攪拌混合均勻，將多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料浸入，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的固化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?0℃抽真空40min，去除氣泡；放入鼓風(fēng)干燥箱中：常溫2h,然后溫度為120℃下4h進(jìn)行固化,最終得到氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材；加入的固化劑為脂肪胺類(lèi)、芳香族、脂肪環(huán)類(lèi)、改性胺類(lèi)、酸酐類(lèi)、低分子聚酰胺和潛伏性胺固化劑其中一種或幾種；加入的硅烷偶合劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-560、硅烷偶聯(lián)劑a-172、復(fù)合型鋁鈦偶聯(lián)劑其中一種或幾種；加入的環(huán)氧促進(jìn)劑為環(huán)氧促進(jìn)劑xh-610、環(huán)氧促進(jìn)劑dmp-30、巴斯夫e-6623、環(huán)氧固化促進(jìn)劑em-7604h其中一種或幾種。
具體實(shí)施例三：
一種氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，所述復(fù)合型材是氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合樹(shù)脂材料，是氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布與纖維隔熱材料制成層連間隔結(jié)構(gòu)復(fù)合平網(wǎng)，最終與樹(shù)脂復(fù)合材料制成的耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材，其中，所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸長(zhǎng)絲纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.4％。
一種根據(jù)所述的氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材的制備方法，包括如下步驟：
步驟一、氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布制備：所述氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布采用氧化石墨烯丙綸長(zhǎng)絲纖維，丙綸纖維中氧化石墨烯重量百分比含量0.4％，210d，24f；通過(guò)絡(luò)筒、并絲、捻絲、定型、整經(jīng)、漿絲、并軸、穿結(jié)經(jīng)、機(jī)織織造工序，以氧化石墨烯丙綸復(fù)絲為經(jīng)緯紗線(xiàn)，織造經(jīng)密49根/5cm，緯密36根/5cm的平紋組織，平方米克重為600g/㎡,厚度0.10mm。
步驟二、氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：將隔熱材料，制成幾種不同厚度與密度的平網(wǎng)，隔熱層平方米克重為190g/㎡,厚度0.20mm；將氧化石墨烯丙綸基機(jī)平紋組織織布覆于其上，采用干法成網(wǎng)、針刺加固的方法非織造網(wǎng)材；所述隔熱層材料為石棉、巖棉、玻璃纖維、硅酸鋁纖維、高硅氧纖維和氧化鋁纖維中的一種或幾種。
步驟三、多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料制備：所述多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料為兩層或兩層以上，主要目的為增加復(fù)合材料內(nèi)部氧化石墨烯丙綸含量；通過(guò)針刺加固將氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料進(jìn)行正反2次針刺加固，針刺密度為110刺/cm2，針刺頻率270刺/min，第一次植針密度為2500枚/m，第二次植針密度為2500枚/m，針刺纖網(wǎng)的速度分別為1.9m/min。
步驟四、樹(shù)脂復(fù)合材料制備：所述樹(shù)脂復(fù)合材料為環(huán)氧樹(shù)脂，將環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑按照質(zhì)量比2：1稱(chēng)取，在52℃下預(yù)熱10min，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)4％硅烷偶合劑及質(zhì)量分?jǐn)?shù)4％氧化石墨烯n-甲基吡咯烷酮分散液(0.5％)，攪拌10min，52℃抽真空36min，去除環(huán)氧樹(shù)脂中氣泡；在環(huán)氧樹(shù)脂中依次加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5％的促進(jìn)劑、丙酮，攪拌混合均勻，將多層氧化石墨烯丙綸基增強(qiáng)平紋組織復(fù)合材料浸入，加入環(huán)氧樹(shù)脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)40％的固化劑，充分?jǐn)嚢杈鶆颍?4℃抽真空37min，去除氣泡；放入鼓風(fēng)干燥箱中：常溫2h,然后溫度為110℃下4h進(jìn)行固化,最終得到氧化石墨烯丙綸耐熱高強(qiáng)復(fù)合型材；加入的固化劑為脂肪胺類(lèi)、芳香族、脂肪環(huán)類(lèi)、改性胺類(lèi)、酸酐類(lèi)、低分子聚酰胺和潛伏性胺固化劑其中一種或幾種；加入的硅烷偶合劑為硅烷偶聯(lián)劑kh-560、硅烷偶聯(lián)劑a-172、復(fù)合型鋁鈦偶聯(lián)劑其中一種或幾種；加入的環(huán)氧促進(jìn)劑為環(huán)氧促進(jìn)劑xh-610、環(huán)氧促進(jìn)劑dmp-30、巴斯夫e-6623、環(huán)氧固化促進(jìn)劑em-7604h其中一種或幾種。
本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其他各種形式的產(chǎn)品，但不論在其形狀或結(jié)構(gòu)上作任何變化，凡是具有與本申請(qǐng)相同或相近似的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。