[发明专利]一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料及其制备方法，所述复合材料组分包括50～80重量份的环氧树脂、0.1～10重量份的改性纳米聚苯乙烯微球和15～30重量份的固化剂。具体步骤为：制备改性聚苯乙烯粉末；静电纺丝得到改性纳米聚苯乙烯微球；将改性纳米聚苯乙烯微球加入到环氧树脂中，室温静置12 h；进行第一次机械搅拌，加入固化剂，继续进行第二次机械搅拌，浇注到在80‑130℃预热的橡胶模具中固化3‑7 h，冷却至室温，开模，即得所需产品。本发明解决了未改性纳米聚苯乙烯在环氧树脂基体中易团聚的问题，且纳米聚苯乙烯表面官能团的引入使之与环氧树脂基体具有更好的界面相容性，拉伸强度和韧性实现明显提高。

技术领域

本发明涉及一种树脂基纳米复合材料，特别是一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

由于优良的物理和化学性能、良好的加工工艺性，环氧树脂作为工业生产领域的基体材料之一，已经被广泛应用到胶黏剂、涂层以及航空航天等领域。然而，环氧树脂固化物的脆性大、拉伸强度差，限制了其广泛的应用。为进一步拓展环氧树脂在航空航天等领域应用，提升其拉伸强度和韧性是技术关键。

聚苯乙烯（PS）是一种常用的热塑性材料，目前被广泛应用于制作透明包装材料、透明塑料容器、托盘和一次性餐具等。目前，聚苯乙烯在增韧增强环氧树脂方面已有少量应用，但聚苯乙烯粒径大，含量高，复合材料欠缺易加工性。另一方面，聚苯乙烯是高分子聚合物，较难得到纳米微球，而且纳米聚苯乙烯比表面积大、表面能高，极易在聚合物树脂基体内形成团聚体，难以较好发挥纳米增强功能，应用受到限制。

发明内容

为了克服现有环氧树脂固化物韧性和拉伸强度的不足，本发明的目的在于提供一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料及其制备方法。本发明方法以环氧氯丙烷表面功能化改性剂，通过静电纺丝技术制备改性纳米聚苯乙烯微球，可以显著提高环氧树脂固化物的拉伸强度和韧性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料，其组分包括50～80重量份的环氧树脂、0.1～10重量份的改性纳米聚苯乙烯微球和15～30重量份的固化剂。

本发明中，所述固化剂为2,4-二乙基-6-甲基苯-1,3-二胺。

本发明提出的一种改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（a）将1～20重量份的聚苯乙烯加入到250～5000重量份的环己烷（体积分数10%～50%）、丙酮（体积分数10%～50%）和乙酸乙酯（体积分数10%～50%）混合溶液中，磁力搅拌至完全溶解；加入0.5～10重量份的1%～10%无水氯化铝/乙醇溶液中，磁力搅拌下反应0.5 h～2 h；再加入0.1～15重量份的环氧氯丙烷，磁力搅拌下反应0.5 h～2 h；反应完全后，洗涤干燥研磨，制得改性聚苯乙烯粉末；

（b）将1～20重量份的步骤（a）的改性聚苯乙烯粉末加入到60～90重量份的N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中；然后磁力搅拌3 h～5 h，完全溶解后，静电纺丝得到改性纳米聚苯乙烯微球；

（c）将0.1～10重量份的步骤（b）的改性纳米聚苯乙烯微球加入到50～80重量份的环氧树脂中，室温静置12 h；进行第一次机械搅拌1 h，加入15～30重量份的固化剂，继续进行第二次机械搅拌2～3 h，浇注到在80-130℃预热的橡胶模具中固化3-7 h，冷却至室温，开模，即得改性纳米聚苯乙烯增强增韧环氧树脂纳米复合材料。

本发明中，步骤（b）中静电纺丝参数包括，聚合物浓度1%～40%，推进速度0.01 μL/min～10 μL /min，静电电压5 kV～30 kV，接收距离5 cm～40 cm。