[發明專利]一種石墨烯/聚酰亞胺復合膠黏劑的制備方法

有效

• 申請號: 201410395974.4
• 申請日: 2014-08-13
• 公開（公告）號: CN104164208A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 王海風;余小霞;吳新宇
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C09J179/08
• 分類號: C09J179/08;C09J11/04;C09C1/46;C09C3/12;C08G73/10
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于復合膠黏劑的制備領域，特別涉及一種石墨烯/聚酰亞胺復合膠黏劑的制備方法。

背景技術

PI自60年代問世以來，作為新型耐高溫膠粘劑，已廣泛應用在許多領域，尤其是在飛機制造、航空及機械工業領域。在諸多膠粘劑中，聚酰亞胺膠粘劑具有優異性能，這些性能是其它有機膠粘劑所無法比擬的，因而成為綜合性能最佳的膠粘劑。可以應用于金屬粘接(鈦合金、鋁合金、不銹鋼)和無機非金屬(硅片、玻璃及磨料如金剛砂、氮化硅等陶瓷)及聚合物(本體材料)的粘接。PI膠粘劑除了具有優良的溶劑穩定性能、高的耐輻照性能、自熄性、發煙率低、無毒等特點外，還具有最佳的耐高溫老化性能以及優異的介電性能。

耐高溫膠粘劑伴隨著高新技術的發展而進步，隨著航天、軍事、電子電器、汽車等工業朝著質量輕、可靠性好、壽命長和能耗低等方向的蓬勃發展，對膠粘劑各方面性能的要求也越來越苛刻，膠粘劑材料領域的研究也在不斷地出現新的方向，例如：多功能化、高性能化、低成本化和輕質化。而單一的聚酰亞胺己不容易滿足新型器件對膠黏劑的要求。近年來，PI膠粘劑的改性主要可分為有機改性和無機改性兩個方面。有機改性方法通常是通過與環氧樹脂或者納米彈性體粒子復合從而提高其韌性。無機改性又包括無機剛性粒子(例如：納米氮化鋁、黏土和納米TiO₂等)和碳素材料(CNTs、乙炔黑和石墨粉)改性。而用石墨烯改性PI膠粘劑，目前還沒有報道。

石墨烯(Graphene)是碳原子以sp²雜化方式緊密堆垛而成的蜂窩狀二維晶格結構片層狀納米材料，自從2004年被發現以來，石墨烯以優異的物理化學性能受到研究者的關注，迅速成為物理化學、材料能源、生命科學和信息技術等領域的研究熱點。石墨烯作為新興的二維納米材料，其優異性能和PI恰好互補，因而在提高PI力學性能的同時，也提高了功能性。研究表明，僅需添加少量的石墨烯即可顯著地提高PI的力學、電學和熱學等性能(Ting?Huang,et?al.Appl.Mater.Interfaces，2012,4,2699–2708)。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種石墨烯/聚酰亞胺復合膠黏劑的制備方法，該發明所得的復合材料中石墨烯能與聚酰亞胺界面較好黏結，提高了分散性和相容性。

本發明的一種石墨烯/聚酰亞胺復合膠黏劑的制備方法，包括：

(1)氧化石墨烯的制備及其表面改性：

將氧化石墨加入有機溶劑中，超聲剝離0.5-3h，得到氧化石墨烯的懸浮液，然后向懸浮液中加入硅烷偶聯劑的稀釋液，在60-80℃水浴中攪拌0.5-1h，得到未干燥的粘稠物即經硅烷偶聯劑表面改性的氧化石墨烯；其中硅烷偶聯劑為氧化石墨烯質量的1％-5％；

(2)溶液插層法制備復合材料前驅體：

將上述改性的氧化石墨烯中加入聚酰胺酸，其中改性石墨烯為聚酰胺酸質量的0.05％-5％，攪拌，然后在冰浴中超聲共混0.5-2h，得到穩定的懸浮液即為石墨烯/聚酰亞胺復合材料的前驅體：改性氧化石墨烯/聚酰胺酸復合膠黏劑。

(3)膠黏劑的真空熱酰亞胺化和氧化石墨烯的原位熱還原：

將上述復合材料的前驅體置于真空烘箱，采用程序升溫進行固化，即得石墨烯/聚酰亞胺復合膠黏劑。

所述步驟(1)中氧化石墨為采用改進的Hummers法制備得到。

所述步驟(1)中有機溶劑為DMAC或DMF。

所述步驟(1)中硅烷偶聯劑為KH-550、KH-560、KH-570中的一種或幾種。

所述步驟(2)中攪拌時間為2-10min。

所述步驟(2)中在冰浴中超聲共混，目的在于防止超聲過程中水溫上升而使其預固化，導致分散不均勻。

所述步驟(2)的改性石墨烯納米片表面被有機硅烷偶聯劑所覆蓋。

所述步驟(3)中固化為在真空烘箱中，采用梯度升溫程序在100℃至300℃之間進行固化，壓力為10-24.5KPa。

所述步驟(3)在真空中實現固化，有利于氧化石墨烯的原位熱還原。