[發明專利]一種超低溫環氧樹脂的增韌改性方法

在審

• 申請號: 202011086777.6
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112409754A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 矯維成;閆美玲;王榮國;赫曉東
• 申請（專利權）人: 深圳烯創先進材料研究院有限公司
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L87/00;C08G83/00
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司 23206
• 代理人: 高媛

本發明公開了一種超低溫環氧樹脂的增韌改性方法，所述方法采用酰胺化接枝法反應制備納米材料氧化石墨烯接枝納米纖維素(GO?NCC)改善環氧樹脂超低溫韌性。首先采用改進的Hummers方法和TEMPO氧化法分別制備氧化石墨烯和納米纖維素，隨后采用二乙烯三胺連接氧化石墨烯和納米纖維素，最后將GO?NCC添加于環氧樹脂中改善其超低溫韌性。本發明制備的GO?NCC接枝結構可使得裂紋釘扎現象更明顯，有效抑制裂紋的萌生與擴展，顯著增強環氧樹脂的超低溫韌性。

技術領域

本發明涉及一種環氧樹脂增韌改性的方法，具體涉及一種采用納米纖維素接枝氧化石墨烯增韌改性超低溫環境用環氧樹脂的制備方法。

背景技術

在超低溫(-183℃(液氧)以下的溫度)環境下，環氧樹脂分子鏈段被凍結，熱應力集中在自由體積處，微裂紋在環氧樹脂中迅速傳播，斷裂延伸率減小，韌性降低，容易產生裂紋，因此需要對環氧樹脂基體進行增韌研究。目前的環氧樹脂增韌研究主要采取的方法包括熱塑性樹脂、橡膠和納米填料增韌環氧樹脂。

熱塑性樹脂和橡膠等材料改性環氧樹脂的斷裂韌性和斷裂延伸率顯著提高，但是低模量的熱塑性樹脂和橡膠通常會降低環氧樹脂的剛度。將納米填料引入環氧樹脂中能保證不損失拉伸強度的基礎上提高其韌性。經過大量的研究發現，碳納米管、石墨烯、納米粘土和納米硅等納米材料對環氧樹脂有增強和增韌的效果，其中石墨烯的增韌效果顯著，是超低溫環氧樹脂增韌的理想材料。

發明內容

為了解決超低溫環境下環氧樹脂韌性差的問題，本發明提供了一種超低溫環氧樹脂的增韌改性方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種超低溫環氧樹脂的增韌改性方法，包括如下步驟：

步驟一、制備氧化石墨烯/納米纖維素溶液

將50～150mg氧化石墨烯和100mg納米纖維素溶于100ml蒸餾水中，調節溶液pH為4～6，得到氧化石墨烯/納米纖維素溶液；

步驟二、制備氧化石墨烯接枝納米纖維素(GO-NCC)

將20～60g二乙烯三胺(DETA)、0.3～0.9g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽(EDC·HCl)和0.18～0.54g N-羥基琥珀酰亞胺(NHS)加入步驟一得到的氧化石墨烯/納米纖維素溶液中，室溫下攪拌1～3天，得到氧化石墨烯接枝納米纖維素；

步驟三、制備GO-NCC改性環氧樹脂納米復合材料

將氧化石墨烯接枝納米纖維素超聲均勻分散到溶劑(丙酮)中，邊磁力攪拌邊加入環氧樹脂，隨后用旋轉流變儀加熱至60～75℃進行溶劑蒸發和回收，直到沒有溶劑被蒸出為止；然后加入固化劑混合后澆鑄于模具中，真空脫泡，室溫固化6～12h，得到GO-NCC改性環氧樹脂納米復合材料，其中：氧化石墨烯接枝納米纖維素的添加量為GO-NCC和環氧樹脂的0.1～0.5wt％；環氧樹脂型號為E51，固化劑為三乙烯四胺，環氧樹脂與固化劑的質量比為100:13。

相比于現有技術，本發明具有如下優點：

本發明提供了一種GO-NCC改善環氧樹脂超低溫韌性的方法，針對超低溫環境下樹脂基體中的微裂紋呈現小、密、多的特性，裂紋在GO-NCC改性環氧樹脂中傳播除了需要克服環氧樹脂分子之間的作用力，還需要克服GO-NCC的阻礙作用，裂紋前緣需要通過大角度傾斜或扭曲繞過納米填料傳播，GO-NCC可使得裂紋釘扎現象更明顯，有效抑制裂紋的萌生與擴展，增加了超低溫環氧樹脂的韌性。

附圖說明

圖1為GO-NCC掃描電鏡圖；

圖2為未改性環氧樹脂單邊缺口梁試樣；

圖3為0.3wt％GO-NCC改性環氧樹脂單邊缺口梁試樣；