[發明專利]一種熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810432551.3
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN108749177A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 余丁山;王軍霞;曹長林;陳瀟川
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B32B7/12
• 分類號: B32B7/12;B32B27/32;B32B9/00;B32B9/04;B32B27/06
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 任重

本發明公開了一種熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料及其制備方法。該三明治結構復合材料由熱解石墨、環氧樹脂、超高分子量聚乙烯組成；其中上層和下層均為超高分子量聚乙烯；中間層為熱解石墨；環氧樹脂為膠粘劑，用于粘連熱解石墨和超高分子量聚乙烯。本發明以二維層狀結構的熱解石墨為導電填料，有效提高了超高分子量聚乙烯的抗靜電能力；所采用的三明治結構可有效改善熱解石墨與超高分子量聚乙烯之間的界面結合性，使得復合材料的物理力學性能優越性得到充分發揮，并且該復合材料的制備過程簡單、易操作。

技術領域

本發明涉及功能復合材料技術領域，更具體地，涉及一種熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料及其制備方法。

背景技術

超高分子量聚乙烯是一種分子量高達數百萬的線性聚合物，因其具有優良的物理力學性能如耐磨性、耐沖擊、耐腐蝕、自潤滑、抗沖擊等，在軍工、礦山、海洋工程、交通運輸、電力等領域具有重要的實用價值。然而，超高分子量聚乙烯表面電阻高達10¹⁶～10¹⁷Ω，體積電阻為10¹⁷～10¹⁸Ω，介電常數為2.2～2.3，極易產生靜電，提高超高分子量聚乙烯的抗靜電能力，最常用的方法是在超高分子量聚乙烯中添加導電填料制備復合材料，碳系填料因其來源豐富、密度低、穩定性好、力學性能優異等優點成為首選。

目前的關于碳系填料方面的研究主要集中在炭黑、碳纖維、碳納米管、石墨烯，而對熱解石墨/超高分子量聚乙烯復合材料的研究未見報道。此外，傳統的超高分子量聚乙烯/無機填料復合材料，因其兩相界面結合性較差，導致復合材料的物理力學性能優越性的發揮受到限制。

鑒于此，提供一種抗靜電能力好、物理學性能優越的超高分子量聚乙烯復合材料具有極大的應用前景。

發明內容

本發明的目的在于提供一種熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料。本發明充分利用熱解石墨的導電性能及其平面結構的特性，將其作為導電材料與超高分子量聚乙烯制備成為三明治結構的復合材料，不僅提高了復合材料的抗靜電性能，同時還改善了熱解石墨與超高分子量聚乙烯二者間界面的結合性能，使得三明治復合材料具有優越的物理力學性能。

本發明的另一目的在于提供所述熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料的制備方法。

本發明的上述目的是通過以下方案予以實現的：

一種熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料，三明治結構復合材料由熱解石墨、環氧樹脂、超高分子量聚乙烯組成；其中上層、下層為超高分子量聚乙烯；中間層為熱解石墨；環氧樹脂為膠粘劑，用于粘連熱解石墨和超高分子量聚乙烯。

熱解石墨是二維層狀結構，在層內以共價鍵結合，由于存在離域的π電子，因此在二維的層平面方向具有極好的導電性。本發明充分利用熱解石墨的導電性能及其平面結構的特性，將其作為導電材料與超高分子量聚乙烯制備成為三明治結構的復合材料，不僅提高了復合材料的抗靜電性能，同時還改善了熱解石墨與超高分子量聚乙烯二者間界面的結合性能，使得三明治復合材料具有優越的物理力學性能。此外，由于復合材料均為層狀結構，不受導熱填料粒徑和分散性的影響，任何粒徑和分散性的熱解石墨均可用于制備三明治結構的復合材料。

優選地，超高分子量聚乙烯層的厚度為1～1.5mm；熱解石墨層的厚度為2～3mm；膠粘劑層的厚度為0.1～0.2mm。

優選地，所述熱解石墨為高定向熱解石墨。

優選地，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量為250～600萬。

優選地，所述環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂或雙酚F型環氧樹脂。

本發明同時還保護所述熱解石墨/環氧樹脂/超高分子量聚乙烯三明治結構復合材料的制備方法，包括如下步驟：