[發(fā)明專利]可用于低溫環(huán)境下氧化石墨烯-納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2019-06-10
• 公開（公告）號: CN110229466B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 矯維成;閆美玲;陳振國;楊帆;郭紅緣;王榮國;赫曉東
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L1/04;C08K3/04
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠(yuǎn)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 張金珠

可用于低溫環(huán)境下氧化石墨烯?納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，屬于運載火箭的技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決純環(huán)氧樹脂低溫韌性差的技術(shù)問題。本發(fā)明方法如下：一、將氧化石墨烯和納米纖維素分散于pH值為4～6的HCl水溶液中；二、然后加入EDA、EDC·HCl和NHS，室溫下攪拌3天，反應(yīng)完畢后蒸餾水離心洗滌至中性，冷凍干燥，得到氧化石墨烯?納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)粉體；三、將步驟二獲得的氧化石墨烯?納米纖維素粉體加入到丙酮中，超聲波清洗器中超聲分散，分散均勻后邊磁力攪拌邊緩慢加入環(huán)氧樹脂，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收丙酮，然后在真空條件下完全除去殘留丙酮，加入固化劑，加熱固化。本發(fā)明復(fù)合材料低溫韌性顯著提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于運載火箭的技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及可用于低溫環(huán)境下氧化石墨烯-納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

運載火箭的低溫推進劑貯箱大多為金屬材料制成，金屬質(zhì)量重、造價成本高、成型工藝要求嚴(yán)格，并且在低溫環(huán)境易產(chǎn)生單一方向的裂紋，形成不可逆的破壞，嚴(yán)重者造成液體推進劑的大量泄露。

輕質(zhì)的CFRP是低溫推進劑貯箱首選材料。常溫下CFRP的性能研究比較成熟，但在超低溫環(huán)境的特性和損傷機理尚不明確。因此，需要對CFRP在超低溫的性能進行深入探究。

CFRP是一般由40～60％體積分?jǐn)?shù)的碳纖維和樹脂基體組成，碳纖維決定了CFRP的主要強度，樹脂基體影響復(fù)合材料的疲勞強度和應(yīng)變。在液氫-253℃和液氧-183℃的超低溫環(huán)境下，聚合物化學(xué)鍵和分子收縮，鏈段運動被凍結(jié)，樹脂基體的韌性降低變脆，致使延伸率顯著下降，易產(chǎn)生微裂紋，導(dǎo)致材料整體力學(xué)性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決純環(huán)氧樹脂低溫韌性差的技術(shù)問題，而提供了可用于低溫環(huán)境下氧化石墨烯-納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的可用于低溫環(huán)境下氧化石墨烯-納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法是通過下述步驟完成的：

步驟一、將氧化石墨烯和納米纖維素分散于pH值為4～6的HCl水溶液中；

步驟二、然后加入乙二胺(EDA)、1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)，室溫下攪拌1～3天，反應(yīng)完畢后蒸餾水離心洗滌洗滌至中性，冷凍干燥，得到氧化石墨烯-納米纖維素粉體；

步驟三、將步驟二獲得的氧化石墨烯-納米纖維素粉體分散到丙酮中(0.5mg/mL)，邊磁力攪拌邊緩慢加入環(huán)氧樹脂，攪拌均勻后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收丙酮，然后在真空條件下完全除去殘留丙酮，加入固化劑，加熱固化，即得到氧化石墨烯-納米纖維素微納分級結(jié)構(gòu)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

進一步地限定，步驟一中將150mg氧化石墨烯納米片和100mg納米纖維素分散于100mLHCl水溶液中；步驟二中EDA的用量為56g、EDC·HCl的用量為3.14mmol、NHS的用量為3.14mmol；步驟三中氧化石墨烯-納米纖維素粉體的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為環(huán)氧樹脂和固化劑總量的0.1wt％～0.5wt％；步驟三中環(huán)氧樹脂與固化劑的重量比為100:18。

進一步地限定，步驟三中固化劑為間苯二胺。

進一步限定，上述環(huán)氧樹脂均為TDE-85環(huán)氧樹脂(TDE-85，又名4,5-環(huán)氧環(huán)己烷-1,2-二甲酸二縮水甘油酯)。

進一步地限定，步驟三中固化是按下述步驟進行的：先在80℃下加熱2h，再在120℃條件下加熱4h。

進一步地限定，步驟三中采用旋轉(zhuǎn)流變儀，在70℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)回收丙酮5h；在真空度為0.06MPa和溫度70℃下加熱至完全除去丙酮。

進一步地限定，步驟一中氧化石墨烯是按下述步驟制備的：