[發明專利]一種石墨烯環氧樹脂復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710990252.7
• 申請日: 2017-10-23
• 公開（公告）號: CN109694549A
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 趙陽;魏孜博;吳敏;黃勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L63/02;C08K7/24;C08K3/04
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯環氧樹脂復合材料的制備方法，該方法包括：將石墨類原料加入到環氧樹脂中在機械力化學反應裝器中充分研磨，利用力化學使石墨片層剝離得到石墨烯并均勻分散在環氧樹脂中形成漿料，之后將該漿料和固化劑混合均勻后除氣泡，使用時可以直接固化成型作為結構件，也可以和碳纖維復合或用作膠粘劑。該復合材料的力學性能優異，相較不含石墨烯的環氧樹脂材料性能獲得了大幅提高，且復合材料的制備技術路線簡單，不使用有機溶劑，污染小，成本低廉。

技術領域

本發明涉及一種復合材料的制造工藝，屬于環氧樹脂復合材料技術領域，具體涉及一種石墨烯環氧樹脂復合材料的制備方法。

背景技術

環氧樹脂是泛指分子中含有環氧基團的有機化合物，環氧樹脂分子結構中含有的活潑環氧基團可以與固化劑發生交聯反應而形成不溶的具有三維網絡的高聚物。環氧樹脂是一種產量大、價格低廉、用途廣泛的高分子材料之一，具有強度高、絕緣、阻燃、耐腐蝕等優良性能，廣泛應用在國防、電子、粘結劑、及通訊等領域。然而環氧樹脂材料由于交聯密度高，韌性差、容易開裂，從而導致實際應用失效。

石墨烯是一種由碳原子組成的二維層狀材料。它是目前已知的最薄和強韌的材料，斷裂強度比鋼材還要高200倍。因此在復合材料領域，石墨烯常常被用作納米填料來提高復合材料的力學性能。

但是，在目前石墨烯環氧樹脂復合材料的制備工藝中，常常是先利用物理或者化學的方法制備石墨烯，之后再將制備好的石墨烯分散到溶劑中和環氧樹脂及固化劑混合，分散均勻后除去溶劑后固化。這樣的制備工藝除了石墨烯制備工藝繁瑣，需要耗費大量水、溶劑或者能量外，溶劑也很難完全脫出，殘留的溶劑會形成制品缺陷造成產品質量問題。

專利申請CN106009514A將石墨烯微片與有機溶劑混合得到分散液，之后得到的分散液與環氧樹脂再次混合，將混合液進行真空旋蒸以除去有機溶劑，最后將除去溶劑的混合物中加入固化劑調和，再固化得到石墨烯環氧樹脂復合材料。該方法使用真空旋蒸除去溶劑，雖然大部分溶劑會被除去，但隨著溶劑的脫出體系粘度上升，必然有一部分溶劑難以被除去從而影響固化產物的性能。專利申請CN106751522A將氧化石墨烯和脫氫樅酸混合分散到溶劑中，通過蒸發除去共溶劑，得到氧化石墨烯脫氫樅酸粉末，將氧化石墨烯/脫氫樅酸粉末置于氧化石墨烯還原劑中進行反應，得到石墨烯/脫氫樅酸粉末，再將石墨烯/脫氫樅酸粉末與多元胺進行反應得到石墨烯/松香基多元胺；將石墨烯/松香基多元胺與環氧樹脂進行混合固化得到石墨烯/環氧樹脂復合材料。該方法為了分散均勻仍然使用了大量溶劑，雖然溶劑有可能除得較為干凈，但工藝過程過于繁瑣和復雜，無疑大大提高的成本。專利申請CN101857221A將碳素材料和無機固體顆粒以及液體工作介質三元體系共混機械剝離將碳素材料在液體中剝離成石墨烯，之后除去液體介質得到石墨烯和固體顆粒的復合材料。該方法最大的問題還在于液體介質只是起溶劑的作用，石墨剝離完成后最終需除去液體介質，而除去溶劑恰恰是石墨烯應用環節所面臨的最大問題。

關于將石墨類原料在環氧樹脂中直接機械剝離成石墨烯并均勻分散，之后和環氧樹脂固化劑混合、固化制備石墨烯環氧樹脂復合材料在國內外都未曾見報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石墨烯環氧樹脂復合材料及其制備方法，可以有效解決聚石墨烯在環氧樹脂中分散難的問題。石墨或膨脹石墨來源廣泛，價格低廉；機械力化學反應操作簡單，綠色無污染。并且，機械力化學過程能將石墨類原料充分剝離成石墨烯并均勻分散在環氧樹脂中，而環氧樹脂分子在機械力化學過程中充當保護劑的作用，防止剝離開的石墨烯片被輕易磨碎成無定形碳。因此，本發明將顯著提高石墨烯環氧樹脂復合材料的力學性能。

本發明的技術方案如下：

本發明的石墨烯環氧樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨類原料和環氧樹脂共混，對石墨類原料進行機械剝離，制備得到均勻分散的石墨烯環氧樹脂漿料；