[发明专利]一种超低温环氧树脂的增韧改性方法

说明书

本发明公开了一种超低温环氧树脂的增韧改性方法，所述方法采用酰胺化接枝法反应制备纳米材料氧化石墨烯接枝纳米纤维素(GO‑NCC)改善环氧树脂超低温韧性。首先采用改进的Hummers方法和TEMPO氧化法分别制备氧化石墨烯和纳米纤维素，随后采用二乙烯三胺连接氧化石墨烯和纳米纤维素，最后将GO‑NCC添加于环氧树脂中改善其超低温韧性。本发明制备的GO‑NCC接枝结构可使得裂纹钉扎现象更明显，有效抑制裂纹的萌生与扩展，显著增强环氧树脂的超低温韧性。

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂增韧改性的方法，具体涉及一种采用纳米纤维素接枝氧化石墨烯增韧改性超低温环境用环氧树脂的制备方法。

背景技术

在超低温(-183℃(液氧)以下的温度)环境下，环氧树脂分子链段被冻结，热应力集中在自由体积处，微裂纹在环氧树脂中迅速传播，断裂延伸率减小，韧性降低，容易产生裂纹，因此需要对环氧树脂基体进行增韧研究。目前的环氧树脂增韧研究主要采取的方法包括热塑性树脂、橡胶和纳米填料增韧环氧树脂。

热塑性树脂和橡胶等材料改性环氧树脂的断裂韧性和断裂延伸率显著提高，但是低模量的热塑性树脂和橡胶通常会降低环氧树脂的刚度。将纳米填料引入环氧树脂中能保证不损失拉伸强度的基础上提高其韧性。经过大量的研究发现，碳纳米管、石墨烯、纳米粘土和纳米硅等纳米材料对环氧树脂有增强和增韧的效果，其中石墨烯的增韧效果显著，是超低温环氧树脂增韧的理想材料。

发明内容

为了解决超低温环境下环氧树脂韧性差的问题，本发明提供了一种超低温环氧树脂的增韧改性方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种超低温环氧树脂的增韧改性方法，包括如下步骤：

步骤一、制备氧化石墨烯/纳米纤维素溶液

将50～150mg氧化石墨烯和100mg纳米纤维素溶于100ml蒸馏水中，调节溶液pH为4～6，得到氧化石墨烯/纳米纤维素溶液；

步骤二、制备氧化石墨烯接枝纳米纤维素(GO-NCC)

将20～60g二乙烯三胺(DETA)、0.3～0.9g 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC·HCl)和0.18～0.54g N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)加入步骤一得到的氧化石墨烯/纳米纤维素溶液中，室温下搅拌1～3天，得到氧化石墨烯接枝纳米纤维素；

步骤三、制备GO-NCC改性环氧树脂纳米复合材料

将氧化石墨烯接枝纳米纤维素超声均匀分散到溶剂(丙酮)中，边磁力搅拌边加入环氧树脂，随后用旋转流变仪加热至60～75℃进行溶剂蒸发和回收，直到没有溶剂被蒸出为止；然后加入固化剂混合后浇铸于模具中，真空脱泡，室温固化6～12h，得到GO-NCC改性环氧树脂纳米复合材料，其中：氧化石墨烯接枝纳米纤维素的添加量为GO-NCC和环氧树脂的0.1～0.5wt％；环氧树脂型号为E51，固化剂为三乙烯四胺，环氧树脂与固化剂的质量比为100:13。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

本发明提供了一种GO-NCC改善环氧树脂超低温韧性的方法，针对超低温环境下树脂基体中的微裂纹呈现小、密、多的特性，裂纹在GO-NCC改性环氧树脂中传播除了需要克服环氧树脂分子之间的作用力，还需要克服GO-NCC的阻碍作用，裂纹前缘需要通过大角度倾斜或扭曲绕过纳米填料传播，GO-NCC可使得裂纹钉扎现象更明显，有效抑制裂纹的萌生与扩展，增加了超低温环氧树脂的韧性。

附图说明

图1为GO-NCC扫描电镜图；

图2为未改性环氧树脂单边缺口梁试样；

图3为0.3wt％GO-NCC改性环氧树脂单边缺口梁试样；