[发明专利]一种树脂组合物、复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种树脂组合物、复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种树脂组合物，包括：(a)热固性树脂基体、(b)石墨烯、(c)丙烯酸酯类聚合物、以及任选的(d)其他添加剂。由该树脂组合物制备的复合材料具有优异的力学性能。

技术领域

本发明涉及聚合物基复合材料制备领域，具体而言，涉及一种树脂组合物、复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

纤维增强聚合物基复合材料在实际的生产生活中有着广泛的应用，通过各种增强纤维和纤维织物的增强效应能够达到很高的力学强度，在很多场合能够很好的替代钢筋、铝合金等金属材料并有效降低最终制品的重量。但是，传统的纤维增强聚合物基复合材料有着韧性低、不耐剪切且易发生脆性断裂的缺点，很大的限制了该类材料使用领域的扩大。因此，通过有效的手段对纤维增强聚合物基复合材料进行增韧并同时保持其高的力学强度，实现刚韧平衡就显得尤为重要。

而石墨烯是近年来发现的具有优良力学性能的新一代增强材料，其极限强度为130GPa，拉伸模量能够达到1TPa，是力学强度最高的片状薄层材料。但石墨烯容易在树脂中团聚，这会影响复合材料的性能。现有的技术都是针对将石墨烯分散在极性有机小分子溶剂(如乙醇、DMF等)或水中的情况，没有涉及在聚合物树脂液中的分散。还有的技术是将石墨烯先分散在有机溶剂中再将分散液混入树脂中，然后抽真空除去溶剂。这无疑又增加了操作的繁琐复杂程度。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有优异力学性能的复合材料。

本发明一方面涉及一种树脂组合物，包括：(a)热固性树脂基体、(b)石墨烯、(c)丙烯酸酯类聚合物、以及任选的(d)其他添加剂。

根据一些实施方式，按重量计，(c)丙烯酸酯类聚合物的量Wc与(b)石墨烯的量Wb的比例Wc/Wb优选大于或等于2.5，更优选大于或等于3，进一步优选大于或等于4，还优选大于或等于5，最优选大于或等于6。

根据一些实施方式，所述树脂组合物包括：(a)热固性树脂基体100重量份、(b)石墨烯0.1-3重量份、(c)丙烯酸酯类聚合物0.5-10重量份、以及任选的(d)其他添加剂2-20重量份。

优选地，所述树脂组合物包括：(a)热固性树脂基体100重量份、(b)石墨烯0.5-2重量份、(c)丙烯酸酯类聚合物0.8-5重量份、以及任选的(d)其他添加剂3-15重量份。

优选地，所述树脂组合物包括：(a)热固性树脂基体100重量份、(b)石墨烯0.8-1重量份、(c)丙烯酸酯类聚合物1-4重量份、以及任选的(d)其他添加剂4-10重量份。

本发明另一方面涉及一种复合材料，特别是型材，包括所述的树脂组合物的固化物和增强纤维材料。

本发明另一方面涉及制备复合材料的方法，包括如下步骤：使所述树脂组合物浸入到所述增强纤维材料，固化成型。

本发明另一方面涉及复合材料作为体育用品、家具部件、办公用品部件、汽车部件、航空器部件或机身材料、航天器部件、风力发电机叶片、保温墙连接件、建筑材料以及油井开采设备部件的应用。

由该树脂组合物制备的复合材料具有优异的力学性能，具有高强度、抗剪切、高韧性的性能。

具体实施方式

石墨烯是近年来发现的具有优良力学性能的新一代增强材料，其极限强度为130GPa，拉伸模量能够达到1TPa，是力学强度最高的片状薄层材料。只要石墨烯能够在聚合物基体中形成良好的分散效果，就能明显的改善材料的力学性能，甚至也能够提高材料的耐热性能。因此在本发明中，在传统的纤维增强聚合物基复合材料中引入了石墨烯，使石墨烯与增强纤维、织物形成良好的协同作用，实现增强和增韧的双重效果，从而显著提升材料的综合性能。