[发明专利]一种石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种环氧树脂胶粘剂的制备方法。

背景技术：

石墨稀具有优良的热力学性能，是世界上强度最高的物质，极限强度130GPa，拉伸模量1.01TPa。而且质量轻，导热性约为5000W/(m·K)，比表面积大约为2600m²/g。石墨烯较高的力学性能使其在纳米复合材料领域备受关注。近些年石墨烯也被广泛的应用在胶粘剂领域，通过石墨烯的优良性能提高环氧树脂胶粘剂的粘接性能，制备得到性能优异的结构胶粘剂，为胶粘剂的发展开辟了新的思路。

环氧树脂胶粘剂凭借其优良机械性能、较强的粘接性能、较小的固化收缩率等一系列优异的性能，而迅速发展起来。近些年来环氧树脂胶粘剂用量不断增加，对其技术要求也在不断提高，而且随着人们的环保意识的增强，环氧树脂胶粘剂的发展也朝着科技含量高、能耗少、环保、价格低廉的方向转变。近年来，环氧树脂胶粘剂的生产技术也在发生着日新月异的变化，在产量方面的需求量增加迅猛，特别在机械制造、航空航天、电子电器和军工等高端技术行业等方面发展的尤为迅速，相信今后环氧树脂胶粘剂的研究和生产必定会取得更多新的成果。目前，现有的环氧树脂胶粘剂仍存在剪切强度小、拉伸强度低、弹性弱和硬度低等问题，不能有效的应用于技术要求高的领域。

发明内容：

本发明的目的是为了解决现有的环氧树脂胶粘剂剪切强度小、拉伸强度低、弹性弱和硬度低的问题，提供了一种利用石墨烯增强环氧树脂胶粘剂的制备方法，利用真空干燥和超声分散的方法把墨烯均匀的分散在环氧树脂基体中，然后制备得到利用石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂。

本发明石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂的制备方法按以下步骤进行：

一、化学氧化还原法制备石墨烯

取石墨粉加入到容器内，向容器内加入质量分数为98％的浓硫酸，将容器放入冰水浴中，搅拌，使石墨粉与浓硫酸充分混合。取高锰酸钾和硝酸钠缓慢的加入到混合物中，降低搅拌速度，防止溶液飞溅。然后冰浴反应，再常温反应，进一步水浴反应。最后加入适量的双氧水直至颜色变为金黄没有黑色物质存在,将未反应的高锰酸钾除去，得到粘稠状溶液。

将得到的粘稠状溶液采用离心分离的方法分离出沉淀物，将沉淀物溶于质量分数大于99.7％的乙醇溶液中，并采用无水乙醇洗涤3～5次。将洗涤后的石墨烯胶状物超声剥离4h～6h得到石墨烯胶体。

二、石墨烯在环氧树脂基体中的分散

取步骤一制得的石墨烯胶体加入到环氧树脂基体中，采用两相溶剂萃取法使石墨烯溶于环氧树脂中，将分离出来的乙醇溶剂倒出，然后将石墨烯环氧树脂混合物置于真空干燥箱中，而后采用乳化法，将石墨烯均匀的混合在环氧树脂基体中得到排除乙醇溶剂的石墨烯/环氧树脂。

三、石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂的制备

将排除乙醇溶剂的石墨烯/环氧树脂混合物超声，得到石墨烯均匀分散的混合物。将分散好的石墨烯/环氧树脂混合物及固化剂低分子聚酰胺(PA651)分别放入60℃烘箱中预热2h。然后将固化剂PA651与石墨烯/环氧树脂混合物搅拌均匀，形成石墨烯/环氧树脂胶粘剂。

本发明的环氧树脂胶粘剂由石墨烯/环氧树脂混合物和固化剂组成，在使用前两者分开放置，在使用时将石墨烯/环氧树脂混合物和固化剂分别放入60℃烘箱中预热2h，2h后将固化剂PA651与石墨烯/环氧树脂混合物搅拌均匀，形成石墨烯/环氧树脂胶黏剂。利用玻璃棒将石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂涂敷在已清洗过的铝片上，涂层厚度能覆盖铝合金器件表面即可。然后紧紧按压将多余的胶粘剂排出，使上下两个铝合金器件贴合完全，接着放入烘箱固化。固化条件为：70℃固化2h，然后125℃固化2.5h，最后150℃固化1h。

本发明与现有技术相比其优点在于：

1.本发明采用原始石墨烯制备石墨烯增强的环氧树脂胶粘剂，成本低，制备方法简单，利于工业应用。

2.采用乙醇作为溶剂，避免使用有机溶剂，更加环保，而且乙醇易挥发易排除，可以充当胶粘剂的稀释剂，使粘接过程中胶粘接头更加优良，粘接强度明显提高。

3.采用乳化分散对石墨烯/环氧树脂体系分散，此方法简单、易操作、分散效果较好，而且不需要添加任何表面修饰剂及偶联剂，可操作性强。