[发明专利]定向石墨烯/双马来酰亚胺多层次复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进复合材料科学技术领域，具体涉及一种定向石墨烯/双马来酰亚胺多层次复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维蜂窝状晶格材料，这种独特的结构使其除了具有极高的热导率和载流子迁移率外，还具有诸多优异的性能，如高达130GPa的本征强度，比钢高100倍，是目前强度最高的材料。同时，其类似碳纳米管的结构使其具有良好的韧性和润滑性，可应用与增强、减摩、抗磨等材料的制备。

Fe₃O₄磁性纳米粒子因其独特的减摩抗磨和磁学特性，如高强度、超顺磁性和高矫顽力，本发明在磁场诱导下采用共沉淀将棒状纳米Fe₃O₄负载到石墨烯上(GNS@Fe₃O₄)，这种方式负载的棒状的Fe₃O₄结构，不同于球状的Fe₃O₄。它不仅可解决石墨烯易聚集的缺陷，赋予石墨烯一定的磁响应性，更主要的是可起到类似磁针的作用，为调控石墨烯的定向分布奠定基础。另外，石墨烯与Fe₃O₄的完美结合科充分发挥二者优异的减摩抗磨性，从而满足其在超耐磨复合材料、医学以及电学等不同领域的应用需求。

双马来酰亚胺树脂由是以马来酰亚胺为活性端基的双官能团化合物，具有优异的耐热性、电绝缘性、透波性，但其韧性和减摩耐磨性较差。无机的纳米粒子如Si₃N₄、SiO₂以及碳纳米管等虽然能在一定程度上能改善其韧性和耐磨性，但仍不能满足高性能工程领域中的要求。近年来，石墨烯优异的摩擦性能已引起了人们越来越多的关注，其片层滑动、摩擦磨损机理及在摩擦领域的应用已有诸多研究和报道。近期的研究发现，石墨烯能显著提高双马来酰亚胺树脂的摩擦学性能，但是由于石墨烯自身的摩擦性能存在各向异性，如何调控石墨烯在树脂中的分布形态、充分发挥其优异性能是摩擦材料领域亟需解决的一个难题。本发明采用磁场诱导的方式，以含有二烯丙基双酚A改性的双马来酰亚胺树脂(BMI)为改性对象，在其固化过程中调控石墨烯在树脂中的分布形态，使所形成的复合材料具有多层次结构。这种多层次的结构和制备方法能充分发挥石墨烯在摩擦性能方面各向异性的特征，更好的改善双马来酰亚胺树脂的韧性和耐磨性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种定向石墨烯/双马来酰亚胺多层次复合材料及其制备方法。

技术方案

一种定向石墨烯/双马来酰亚胺多层次复合材料，其特征在于组份为：0.1～50质量分数的GNS@Fe₃O₄、0.1～50质量分数的超支化聚硅氧烷修饰的石墨烯、100质量分数的二苯甲烷型双马来酰亚胺和10～100质量分数的二烯丙基双酚A；所述各组分的质量百分比之和为100％。

所述GNS@Fe₃O₄是在静磁场下采用共沉淀法将棒状的Fe₃O₄负载到石墨烯表面得到的GNS@Fe₃O₄。

所述超支化聚硅氧烷修饰的石墨烯采用发明专利ZL201210234077.6所公布的超支化聚硅氧烷修饰的石墨烯。

一种制备所述任一项定向石墨烯/双马来酰亚胺多层次复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将质量分数为5～25份的氧化石墨烯、40～100份的FeCl₃·6H₂O和10～40份的FeCl₂·4H₂O分散到10000～20000份的去离子水中，在100～300W的功率下超声分散10～30min后，加入0.4mol/L的NaOH水溶液调节pH＝11，在0.05～0.5T磁场中，加热，50～80℃反应2h后，加入50～200份的水合肼升温至98℃反应4h，抽滤，洗涤，真空干燥后，得到GNS@Fe₃O₄；