[发明专利]一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料及其制备方法、应用。一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料的制备方法，包括下列步骤：在酚类化合物和醛类化合物反应0.2‑4h后,向反应液中加入石墨烯类物质，继续反应制得所述复合材料；所述石墨烯类物质选自石墨烯、氧化石墨烯、氧化石墨烯的衍生物中的一种或多种，优选氧化石墨烯；所述石墨烯类物质的用量为所述酚类化合物和醛类化合物的总重量的0.01‑15％,优选0.01‑5％,优选0.01‑2％,优选0.1‑1％。本发明解决了石墨烯在酚醛树脂基体中的团聚问题。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料及其制备方法、应用。

背景技术

酚醛树脂作为三大合成树脂之一，已经具有100多年的历史，以其优异的粘附性能，优良的耐热性能，良好的阻燃性，卓越的力学性能，可作为涂料、粘结剂、复合材料树脂基体、电子及电子工程阻燃原件材料、机械、航天航空等领域得到广泛的应用，尤其是酚醛树脂复合材料，用途超级广泛，特别是在宇航工业等尖端高技术领域。酚醛树脂可通过酚醛类物质，在催化剂的存在下进行缩聚而得，其中最常用的是苯酚和甲醛为原料而制得。酚醛树脂可分为两大类，一类是热塑性酚醛树脂，常采用酸作催化剂，加工成型时需要加入固化剂，为两步法树脂；另一类是热固性的酚醛树脂，合成过程中要加入碱作催化剂，分子链中含有可进一步反应的羟甲基活性基团，在其加工成型时不需要添加固化剂，为一步法树脂。

由于酚醛树脂的广泛应用，以及在高新科技方面的发展，对酚醛树脂也提出了更高的要求，酚醛树脂脆性比较大，收缩率高，导热导电性能差等缺点限制了纯的酚醛树脂的很多应用，所以各种改性酚醛树脂越来越受关注。改性方式也有很多，目前可分为高分子改性，无机填料改性，纳米材料复合改性等方法。

石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的新型二维材料，具有许多优异的性能。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。在对石墨烯的物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料层出不穷。在纳米科学方向上，石墨烯也被用来制备相关的纳米复合材料，尤其是石墨烯/金属或石墨烯/金属氧化物的纳米复合材料。由于石墨烯的优异性能，这些纳米复合材料在新型能源、生物传感、催化、光学材料等领域有着广阔的研究前景。由于石墨烯表现出来的体积效应，表面效应，量子尺寸，拉伸强度以及弹性模量等优越的特性，石墨烯有望与高分子树脂材料复合，实现获得力学性能提升的同时，还提高传统树脂材料的高韧、导电、导热性能等。基于石墨烯优良的导热、导电性能，其在酚醛树脂中已得到广泛应用。

专利申请CN201310192547.1公开了一种用于刹车片的乳胶改性石墨烯酚醛树脂复合材料及其制备方法，其通过原位聚合得到改性石墨烯酚醛树脂，在这一过程中又加入了乳胶(丁腈橡胶、丁苯橡胶和天然橡胶中的一种或者两种)，应用于刹车片和纤维增强复合材料中，而在合成酚醛树脂过程中氧化石墨烯加入方式并不能够很好的解决氧化石墨烯的分散情况，氧化石墨烯在酚与醛以及酸性的混合溶液中分散性差，橡胶的加入虽能增加复合材料的韧性，但同时也降低了复合材料的耐热性能。

专利申请CN201310450626.8公开了一种氧化石墨烯-硼改性酚醛树脂的制备方法，其通过把氧化石墨烯超声分散在苯酚和甲醛的混合溶液中，在反应过程中又加入了硼酸，制备出氧化石墨烯-硼酸改性酚醛树脂复合材料，氧化石墨烯在酚醛混合液中分散性差，并且在超声过程中会有甲醛的挥发等，造成环境污染等。

总之，目前采用石墨烯类物质改性酚醛树脂存在的主要问题是：石墨烯在酚醛树脂基体中的分散度不足，导致酚醛树脂的韧性、强度、耐火性、等性能得不到有效提高。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料的制备方法，所述的制备方法提高了石墨烯在酚醛树脂基体中的分散度。

本发明的第二目的在于提供一种石墨烯改性酚醛树脂的复合材料，所述的复合材料具有石墨烯分散性好、高韧性、高强度、高耐热性等优点。