[發明專利]類蜂窩夾層結構石墨烯-環氧樹脂復合材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811325588.2
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109401202A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 丁出;祁蓉;劉海祥
• 申請（專利權）人: 康得復合材料有限責任公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L9/02;C08L71/10;C08K9/04;C08K9/10;C08K3/04;C09J163/00;C09J11/04;C09J11/08
• 代理公司: 北京中譽威圣知識產權代理有限公司 11279
• 代理人: 王芊雨;俞佳

本發明公開了一種類蜂窩夾層結構石墨烯?環氧樹脂復合材料及其制備方法，該制備方法包括步驟：(1)制備氧化石墨烯，進而將氧化石墨烯制備成石墨烯，并對石墨烯進行改性；(2)改性后的石墨烯中添加雜化粒子，并將雜化粒子與改性后的石墨烯復合；(3)進一步引入柔性長鏈，得到石墨烯類蜂窩結構的改性物；以及(4)將通過上述步驟得到的石墨烯類蜂窩結構的改性物添加到環氧樹脂改性物中，即得到類蜂窩夾層結構石墨烯?環氧樹脂復合材料，該制備通過化學官能團改性有利于石墨烯在樹脂基體的分散，采用熔融法制備石墨烯?環氧樹脂復合材料，避免采用溶劑法帶來環境污染，進而有利于保持樹脂基復合材料兼有高模量及高韌性的特點。

技術領域

本發明是關于復合材料領域，特別是關于一種類蜂窩夾層結構石墨烯-環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

由于環氧樹脂基復合材料具有強度高、耐化學腐蝕性、收縮率小、耐熱性等優良特點，成為工業領域不可缺少的基礎材料之一，另外通過選用不同的固化劑、增韌劑、功能性填料使環氧樹脂獲得所需要的性能，從而大大的開拓了環氧樹脂的應用范圍。但是由于環氧樹脂比較脆，其耐疲勞性、耐熱性、耐沖擊性較差，使其應用受到很大的限制。目前主要的的增韌途徑是：添加高粘彈性的橡膠類(CTBN，ATBN)、熱塑性樹脂(PES，PPS，PEI)、無機納米粒子(納米碳酸鈣，氣相二氧化硅)、核殼橡膠等。加入橡膠類增韌劑，會引起Tg機樹脂基體模量下降；熱塑性樹脂，熔體黏度大，樹脂混合工藝性差；無機納米粒子質輕、易飄起、團聚、不易均勻分散到樹脂體系中。

石墨烯，一種由sp2雜化的碳原子以六邊形周期排列形成的二維晶格結構的無機納米片層材料，其厚度只有0.335nm，具有諸多優異性能如量子霍爾效應、室溫時載流子遷移率高(2×105cm2·V·s)、導熱系數高(5300W·m-1·K-1)，比表面積大(2360m2·g-1)、石墨烯的斷裂強度達到125GPa，楊氏模量達1.0TPa。石墨烯是現在世界上已知的最牢固的材料，被認為是增強樹脂復合材料力學性能的首選材料。

然而由于石墨烯層間的較強的范德華力使得容易造成團聚，在樹脂基體分散不均勻，造成力學性能并未較大的提高，反而會下降。在“In situ thermally reducedgraphene oxide/epoxy composites:thermal and mechanical properties”文獻中指出添加石墨烯改性環氧樹脂，其中澆鑄體拉伸強度從70MPa下降至46MPa。其他文獻資料“石墨烯改性對環氧樹脂/碳纖維復絲拉伸性能的影響”、“Graphene-based compositematerials”、“Preparation of graphene dispersions and graphene-polymercomposites in organic media”、“Effect of Pyrene Treatment on the Properties ofGraphene/Epoxy Nanocomposites”指出為了提高石墨烯在樹脂基體的分散性，采用丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺、苯乙烯，芘等有機溶劑進行分散，再用超聲波進行處理。由于有機溶劑的存在，不利于工業化生產及勞動者健康防護。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在增加對本發明的總體背景的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成已為本領域一般技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種類蜂窩夾層結構石墨烯-環氧樹脂復合材料及其制備方法，其通過化學官能團改性有利于石墨烯在樹脂基體的分散，采用熔融法制備石墨烯-環氧樹脂復合材料，避免采用溶劑法帶來環境污染，進而有利于保持樹脂基復合材料兼有高模量及高韌性的特點。