[发明专利]石墨烯分散方法、石墨烯分散体系与其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种石墨烯分散方法、石墨烯分散体系、石墨烯基复合材料，例如石墨烯基环氧树脂复合材料与其制备方法及应用。

背景技术

石墨烯具有优异的导电性、导热性和力学强度，其和EP 复配后制成的复合材料可充分发挥两者的优势，表现为复合材料的导热性、电磁性、拉伸强度和模量等显著提高。石墨烯还具有优异的刚性、尺寸稳定性和韧性等特点，以此作为EP 的改性剂，可显著提高复合材料的力学性能。石墨烯的加入还能克服了普通无机填料掺量大、改性效率低等缺点。目前已有许多学者已经成功制备了石墨烯基复合材料，并对石墨烯对基体的增强作用做了深入的研究，Seokwoo Jeon等人制备了一种石墨烯基复合材料，结果表明石墨烯的加入，对基体材料的导热性和导电性都有显著的提高。石墨烯还可以提高复合材料的韧性，当石墨烯受负载时，会有很高的弯曲模量，可以吸收能量。Micah J.Green等人用石墨烯制备了一种环氧复合材料。研究表明，石墨烯的加入，使得环氧复合材料的拉伸强度和模量提高了38%和37%。但由于当前所制备的石墨烯复合材料中石墨烯的分散性不是很好，而在环氧树脂复合材料中采用的大都是非活性稀释剂或是有毒挥发性的溶剂来制备石墨烯环氧树脂复合材料，在非亲水性溶液中经常会出现团聚现象，同时石墨烯层与层之间也会产生聚集，导致在复合材料中分散不均匀。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的之一在于提供一种石墨烯分散方法。

本发明的另一目的在于提供一种石墨烯分散体系。

本发明的又一目的在于提供一种石墨烯-环氧树脂复合材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括：

一种石墨烯分散体系，包含：

基体组分，包括环氧稀释剂或环氧稀释剂与选定基质的组合物，

以及，均匀分散于基体组分内的石墨烯；

其中，所述环氧稀释剂包含直接连接有环状基团的环氧化合物，所述选定基质包括环氧树脂。

优选的，其中石墨烯与环氧稀释剂的质量比为0.05~10：100。

一种石墨烯分散方法，包括：将石墨烯均匀分散于环氧稀释剂内形成稳定石墨烯分散液，所述环氧稀释剂包含连接有环状的环氧化合物。

在一较为优选的实施方案之中，该石墨烯的分散方法可以包括：将石墨烯与环氧稀释剂按质量比0.05~10:100混合，超声分散10h~30h，得到均匀稳定分散的石墨烯-环氧稀释剂分散体系。

一种石墨烯-环氧树脂复合材料，包含：环氧树脂，均匀分散于环氧树脂内的石墨烯，以及用以促使所述石墨烯均匀分散于环氧树脂中的环氧稀释剂；所述环氧稀释剂包含直接连接有环状基团的环氧化合物。

进一步的，所述石墨烯-环氧树脂复合材料是主要由环氧树脂、石墨烯、环氧稀释剂形成的流体状体系，所述石墨烯均匀分散于所述流体状体系中。

进一步的，所述石墨烯-环氧树脂复合材料是主要由环氧树脂、石墨烯、环氧稀释剂和环氧树脂固化剂形成的固化体系，所述石墨烯均匀分散于所述固化体系中。

较为优选的，在所述石墨烯-环氧树脂复合材料之中，石墨烯与环氧稀释剂的质量比为0.05~10:100。

较为优选的，在所述石墨烯-环氧树脂复合材料之中，石墨烯及环氧稀释剂与环氧树脂的质量比为1：5~20。

较为优选的，在所述石墨烯-环氧树脂复合材料之中，石墨烯的质量为环氧树脂质量的0.05%-5%。

进一步的，前述环氧稀释剂中环氧基团与环状化合物直接连接。更具体的讲，所述环氧稀释剂优选为一类结构上具有与环状基团直接相连的环氧化合物，这类化合物一端是环状基团，与环状基团相连的是环氧化合物且此环直接与环氧基团相连，例如，可优选自但不局限于环氧环戊烷、环氧环丙烷、环氧环丁烷、环氧环己烷、环氧环庚烷、环氧环辛烷以及1烃基取代环氧环戊烷。

进一步的，所述石墨烯至少可优选自表面结构规整的非氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、氧化石墨烯的任一种。并且，所述石墨烯表面含有极少量羟基、羧基等杂基团，其片层厚度为3-10层。

前述石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，包括：

将石墨烯均匀分散于环氧稀释剂内形成稳定石墨烯分散液，

以及，将所述石墨烯分散液加入环氧树脂混合均匀，形成均匀分散有石墨烯的环氧树脂。

进一步的，可以将冻干的石墨烯均匀分散于环氧稀释剂内形成稳定石墨烯分散液。