[发明专利]一种原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的方法

说明书

本发明涉及树脂合成及改性领域，具体涉及一种原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的方法；先将碳材料超声并搅拌1小时分散在间甲酚中，然后以良好分散碳材料的间甲酚为酚源，以一种伯胺为胺源，与多聚甲醛反应，合成了一种原位分散碳材料的苯并噁嗪单体，热固化得到碳材料/苯并噁嗪树脂基复合材料，本发明制备的苯并噁嗪树脂中均匀稳定的分散着碳材料，碳材料将在复合材料中形成完善且均匀无机网络，明显提高苯并噁嗪树脂基复合材料的导电、导热性能。本发明树脂的原料易得、步骤简单、环境友好，不需要任何溶剂的参与，优化了制备工艺，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及树脂合成及改性领域，具体涉及一种原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的方法。

背景技术

苯并噁嗪是一类新型的热固性酚醛树脂，具有许多吸引人的性能，例如在固化过程中不会产生副产物，极低的熔体粘度，良好的粘合性能，聚合物具有高的玻璃化转变温度，高的热稳定性，良好的机械强度和模量，低介电常数以及高的耐燃烧性和耐化学药品性。苯并噁嗪树脂的极低熔体粘度和良好的粘合性使其在模塑料制备过程中易与填料润湿和混合，具有出色的基体材料特性，特别是对于高填充复合材料的制造。碳材料主要有活性炭、碳纤维、石墨烯、石墨、纳米碳管、金刚石、富勒烯等。碳材料具有密度小、强度大、刚性好、耐高温、抗化学腐蚀、抗辐射、抗疲劳、高导电、高导热、耐烧蚀、热膨胀小、生理相容性好等一系列优异的特性，是军民两用的新材料，被称为第四类工业材料。广泛应用于冶金、化工、机械、汽车、医疗、环保、建筑日常生活等领域，是航天和核工业部门不可缺少的工程结构材料。

但是，难分散和高成本是影响碳材料使用性能及应用的关键因素。即使在分散性好的有机溶剂里，人们也很难得到分散均匀碳材料。同时，碳材料与绝大多数有机聚合物不相容，在黏度较大的有机聚合物里更容易团聚，严重的团聚问题会使得碳材料/树脂复合材料热学、电学性能大幅度降低。

目前提高碳材料分散性的方法主要是表面功能化改性碳材料。据报道，酸碱处理、共价或非共价修饰是表面改性的重要方法。但是，在保证碳材料良好分散不影响树脂聚合的情况下，充分去除用于改性修饰的溶剂是一大难题。另一种方法是预先制备高孔隙率石墨烯三维网络来改善石墨烯分散性、形成导热贯通网络。例如首先制备石墨烯海绵、泡沫及气凝胶等，随后将聚合物浸渍进去。但是这些方法制备过程复杂、周期长，不利于规模化制备碳材料树脂基复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的制备方法。采用低成本并且简便的方法获得分散良好的碳材料/苯并噁嗪树脂基复合材料，以解决上述现有技术存在的问题，使碳材料在复合材料中形成完善且均匀无机网络。导电、导热测试结果表明，与其他分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的方法相比，该原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的导电、导热性能明显提高。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种原位分散碳材料制备苯并噁嗪树脂基复合材料的方法，，先将碳材料超声并搅拌1小时分散在间甲酚中，然后以良好分散碳材料的间甲酚为酚源，以一种伯胺为胺源，与多聚甲醛反应，合成了一种原位分散碳材料的苯并噁嗪单体，热固化得到碳材料/苯并噁嗪树脂基复合材料。

进一步的，所述碳材料为石墨烯或碳纳米管。

进一步的，所述胺源为苯胺、甲胺、正丙胺、环己胺、苄胺、二氨基苯甲烷、二氨基二苯醚、二氨基二苯砜或己二胺中的一种。

进一步的，所述碳材料与间甲酚的质量比为1：100至1：10之间。

进一步的，所述间甲酚、伯胺、多聚甲醛的摩尔比为1：2：1。

进一步的，间甲酚、伯胺与多聚甲醛反应是采用无溶剂法95℃加热搅拌1小时合成原位分散碳材料的苯并噁嗪单体。

进一步的，所合成苯并噁嗪单体在热固化前要经过100℃真空干燥2小时的处理。