[发明专利]类蜂窝夹层结构石墨烯-环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种类蜂窝夹层结构石墨烯‑环氧树脂复合材料及其制备方法，该制备方法包括步骤：(1)制备氧化石墨烯，进而将氧化石墨烯制备成石墨烯，并对石墨烯进行改性；(2)改性后的石墨烯中添加杂化粒子，并将杂化粒子与改性后的石墨烯复合；(3)进一步引入柔性长链，得到石墨烯类蜂窝结构的改性物；以及(4)将通过上述步骤得到的石墨烯类蜂窝结构的改性物添加到环氧树脂改性物中，即得到类蜂窝夹层结构石墨烯‑环氧树脂复合材料，该制备通过化学官能团改性有利于石墨烯在树脂基体的分散，采用熔融法制备石墨烯‑环氧树脂复合材料，避免采用溶剂法带来环境污染，进而有利于保持树脂基复合材料兼有高模量及高韧性的特点。

技术领域

本发明是关于复合材料领域，特别是关于一种类蜂窝夹层结构石墨烯-环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

由于环氧树脂基复合材料具有强度高、耐化学腐蚀性、收缩率小、耐热性等优良特点，成为工业领域不可缺少的基础材料之一，另外通过选用不同的固化剂、增韧剂、功能性填料使环氧树脂获得所需要的性能，从而大大的开拓了环氧树脂的应用范围。但是由于环氧树脂比较脆，其耐疲劳性、耐热性、耐冲击性较差，使其应用受到很大的限制。目前主要的的增韧途径是：添加高粘弹性的橡胶类(CTBN，ATBN)、热塑性树脂(PES，PPS，PEI)、无机纳米粒子(纳米碳酸钙，气相二氧化硅)、核壳橡胶等。加入橡胶类增韧剂，会引起Tg机树脂基体模量下降；热塑性树脂，熔体黏度大，树脂混合工艺性差；无机纳米粒子质轻、易飘起、团聚、不易均匀分散到树脂体系中。

石墨烯，一种由sp2杂化的碳原子以六边形周期排列形成的二维晶格结构的无机纳米片层材料，其厚度只有0.335nm，具有诸多优异性能如量子霍尔效应、室温时载流子迁移率高(2×105cm2·V·s)、导热系数高(5300W·m-1·K-1)，比表面积大(2360m2·g-1)、石墨烯的断裂强度达到125GPa，杨氏模量达1.0TPa。石墨烯是现在世界上已知的最牢固的材料，被认为是增强树脂复合材料力学性能的首选材料。

然而由于石墨烯层间的较强的范德华力使得容易造成团聚，在树脂基体分散不均匀，造成力学性能并未较大的提高，反而会下降。在“In situ thermally reducedgraphene oxide/epoxy composites:thermal and mechanical properties”文献中指出添加石墨烯改性环氧树脂，其中浇铸体拉伸强度从70MPa下降至46MPa。其他文献资料“石墨烯改性对环氧树脂/碳纤维复丝拉伸性能的影响”、“Graphene-based compositematerials”、“Preparation of graphene dispersions and graphene-polymercomposites in organic media”、“Effect of Pyrene Treatment on the Properties ofGraphene/Epoxy Nanocomposites”指出为了提高石墨烯在树脂基体的分散性，采用丙酮、乙醇、二甲基甲酰胺、苯乙烯，芘等有机溶剂进行分散，再用超声波进行处理。由于有机溶剂的存在，不利于工业化生产及劳动者健康防护。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类蜂窝夹层结构石墨烯-环氧树脂复合材料及其制备方法，其通过化学官能团改性有利于石墨烯在树脂基体的分散，采用熔融法制备石墨烯-环氧树脂复合材料，避免采用溶剂法带来环境污染，进而有利于保持树脂基复合材料兼有高模量及高韧性的特点。