[发明专利]一种各向异性的改性石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种各向异性的改性石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法，该方法包括：通过hummer法制备的氧化石墨烯表面进行胺基化的改性，利用超声共混法制备各向异性的改性石墨烯/环氧树脂复合材料,利用超声波振动使石墨烯纳米片层均匀分散，再通过磁场作用，使石墨烯片层在固化过程中发生偏转形成导热通路从而增强环氧树脂基体的力学、热学等性能，固化后测定其力学和导热性能，结果表示添加5wt%的改性石墨烯复合材料，平行于磁场方向的导热性能从0.2W/(m•K)提高到0.7W/(m•K)，垂直于磁场方向的导热性能降低，导电性能方面依然是绝缘体。

技术领域

本发明涉及一种各向异性改性石墨烯环氧树脂复合材料制备方法，更具体的说是用超声混合方法及磁场条件下固化制备出各向异性的复合材料。

背景技术

石墨烯是由单层碳原子通过sp2杂化，紧密堆积而成的二维蜂窝状平面结构碳材料。作为一种二维蜂窝状结构单原子厚度的石墨片，石墨烯具有一系列独特的力学、电学以及热学性质。石墨烯的弹性模量达到l. 0 TPa，断裂强度能达到130 GPa。理论上单原子层的石墨烯热导率可达5000 W（/ m·K）。室温下热胀系数为-1. 5×10^-6/K。另外，石墨烯具有良好的导电性，其导电率可以达到6 000 S/cm。

目前常用的方法是利用氧化石墨烯作为前驱体制备石墨烯。

石墨烯功能化（也称为掺杂）是指通过物理或化学方法将特定官能团添加到石墨烯结构上。由于石墨烯表面惰性强，与聚合物之间的相容性较差，石墨烯的功能化是提高石墨烯与聚合物界面性能的有效途径。一般而言石墨烯的表面改性可以分为共价键改性和非共价键改性。石墨烯的共价键改性主要利用氧化石墨烯表面存在大量的羟基、羧基、环氧基等活性基团的特点，通过化学反应将需要的特定的化学分子引入到石墨烯上。

环氧树脂是指分子中含有两个以上环氧基团的一类聚合物的总称。它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，因此它是一种热固性树脂。

石墨烯提高聚合物性能的关键在于其在树脂中的分散性和界面相容性。石墨烯与聚合物复合材料加工方法主要有三种：原位聚合、溶液共混、熔融共混。

石墨烯的分散方法比较传统，主要通过超声分散和机械搅拌的方法。

为了提高石墨烯与树脂的界面性能，必须对其进行表面修饰，主要通过非共价键和共价键改性。

改性后可以避免石墨烯团聚并提高其分散性；氨基可以同环氧树脂形成化学键从而提高界面强度。

为了提高石墨烯对基体环氧树脂的各项性能的增强程度，需要给出一个简单有效的技术路线。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种各向异性的改性石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法。

本发明通过hummer法制备的氧化石墨烯表面进行胺基化的改性，利用超声共混法制备各向异性的改性石墨烯/环氧树脂复合材料,利用超声波振动使石墨烯纳米片层均匀分散，再通过磁场作用，使石墨烯片层在固化过程中发生偏转形成导热通路从而增强环氧树脂基体的力学、热学等性能。

本发明的技术方案是这样的，一种各向异性改性石墨烯环氧树脂复合材料制备方法，包括如下步骤：

（1）通过改进的Hummers法将天然石墨氧化，并通过氨水调PH值，再用离心除水后制得中性的氧化石墨烯；将制得的氧化石墨烯溶于二甲基甲酰胺（DMF）得到氧化石墨烯悬浮液；

（2）将步骤（1）中制得的氧化石墨烯悬浮液与胺基化材料进行偶联，在超声条件下进行氧化石墨烯胺基化处理；

（3）将步骤（2）中制得的胺基化石墨烯采用常压法或水热法还原制得还原型胺基化石墨烯；