[發明專利]一種二維材料改性環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110703015.4
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113248738B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 黃英;常冠軍;楊莉;晏鑫
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: C08J3/205
• 分類號: C08J3/205;C08L63/02;C08K9/02;C08K9/04;C08K3/04;C08K3/14;C08G59/22
• 代理公司: 成都正德明志知識產權代理有限公司 51360
• 代理人: 張小娟

本發明提供了一種二維材料改性環氧樹脂復合材料及其制備方法，其制備方法，包括以下步驟：(1)將陽離子修飾的二維材料分散在水中，得二維材料分散液；(2)將環氧樹脂和芳香族基縮水甘油醚混勻，然后加入步驟(1)所得二維材料分散液，經相轉移過程，得混合物；(3)將胺類固化劑加入步驟(2)所得混合物中，混合后倒入預熱模具中，固化，得二維材料改性環氧樹脂復合材料。本發明還包括采用上述方法制得的復合材料。本發明提高了二維材料在環氧樹脂基底中的分散性和兼容性，從而提高了復合材料的強度和韌性，有效解決了現有技術中環氧樹脂復合材料強度與韌性矛盾、延展性降低等問題，適用于工業化生產。

技術領域

本發明屬于環氧樹脂復合材料技術領域，具體涉及一種二維材料改性環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

環氧樹脂屬于熱固性樹脂，具有優異的粘結性能、易加工、成本低、質量輕、耐熱、耐化學藥品性能等優點，在生物醫療、電子信息和航空航天等方面顯示了巨大的潛力。然而環氧樹脂交聯密度高，存在質脆、韌性不足等主要缺點，嚴重影響了其在具有較高韌性環境中的應用。為了提高環氧樹脂的機械性能，常將納米材料(如二氧化硅、碳材料、金屬氫氧化物等)添加到環氧樹脂中。其中，二維材料因其超高比表面積、優異的力學性能、極高的楊氏模量和熱穩定性等優點，在環氧樹脂復合材料領域里有著廣闊的應用前景。然而，在環氧樹脂基體中，二維材料片層間的范德華力容易導致其在復合材料中的分散性差甚至發生嚴重的團聚，特別是在高填料含量下，從而影響環氧樹脂復合材料的性能。因此，低成本和高效率地制備高強韌二維材料/環氧樹脂復合材料仍然是一個巨大的挑戰。

對二維材料進行表面共價和非共價修飾可以提高二維材料在環氧基體中的分散性能和兼容性能，從而可以提高環氧樹脂復合材料的機械性能。目前，二維材料改性的環氧樹脂復合材料存在強度和韌性之間的矛盾，提高復合材料的強度會導致延展性的降低。另外，修飾后的二維材料在環氧樹脂中的分散通常需要使用有機溶劑以及耗時的樣品制備步驟，不利于工業化生產。鑒于以上二維材料改性環氧樹脂復合材料的不足，業界迫切需要發展一種新的制備高強韌二維材料改性環氧樹脂復合材料的方法。

發明內容

針對現有技術中存在的上述問題，本發明提供一種二維材料改性環氧樹脂復合材料及其制備方法，提高了二維材料在環氧樹脂基底中的分散性和兼容性，從而提高了復合材料的強度和韌性，有效解決了現有技術中環氧樹脂復合材料強度與韌性矛盾、延展性降低等問題，適用于工業化生產。

為實現上述目的，本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種二維材料改性環氧樹脂復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將陽離子修飾的二維材料分散在水中，得二維材料分散液；

(2)將環氧樹脂和芳香族基縮水甘油醚混勻，然后加入步驟(1)所得二維材料分散液，經相轉移過程，得混合物；

(3)將胺類固化劑加入步驟(2)所得混合物中，混合后倒入預熱模具中，固化，得二維材料改性環氧樹脂復合材料。

進一步，二維材料改性環氧樹脂復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：

(1)將陽離子修飾的二維材料分散在水中，得二維材料分散液；

(2)將環氧樹脂和芳香族基縮水甘油醚混合后在35-45℃溫度下攪拌1-2h，然后加入步驟(1)所得二維材料分散液，室溫下攪拌至水相無色透明，得混合物；

(3)將胺類固化劑加入步驟(2)所得混合物中，在室溫下磁力攪拌4-6min，然后真空脫氣20-40min，倒入預熱后的聚四氟乙烯模具中，在70-90℃溫度下固化10-15h，得二維材料改性環氧樹脂復合材料。

進一步，步驟(1)中，陽離子修飾的二維材料通過以下方法制備得到：將氧化石墨烯分散在堿性溶液或離子液體水溶液中，靜置1-3h，然后在磁力攪拌條件下加入水合肼，在100℃溫度下加熱1-3h，再在室溫下靜置1-3h，得陽離子修飾的二維材料。