一种环氧树脂预浸料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种环氧树脂预浸料及其制备方法，该环氧树脂预浸料包括：环氧树脂：40～70份；还原石墨烯：1～5份；阻燃剂：6～10份；以及固化剂：10～40份。本发明专利技术通过使用还原石墨烯，使得制备的环氧树脂预浸料具有优异的力学性能、阻燃性能和耐高温性能，可应用于航天飞机机翼和机身、雷达天线罩、航天隔热材料、民用飞机内部材料、舰船表面材料以及建筑用材等诸多领域。

A kind of epoxy resin prepreg and its preparation method

The invention provides an epoxy resin preprepreg and a preparation method thereof. The epoxy resin prepreg includes: epoxy resin: 40-70 phr; reduced graphene: 1-5 phr; flame retardant: 6-10 phr; and curing agent: 10-40 phr. By using reduced graphene, the prepared epoxy resin preprepreg has excellent mechanical properties, flame retardant properties and high temperature resistance, and can be applied to many fields such as the wing and fuselage of space shuttle, radome of radar, thermal insulation material of space shuttle, interior material of civil aircraft, surface material of warship and building material.

【技术实现步骤摘要】
一种环氧树脂预浸料及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，更具体地，涉及一种环氧树脂预浸料及其制备方法。
技术介绍
复合材料中常用的树脂有酚醛树脂、环氧树脂、双马来酰亚胺树脂和氰酸酯树脂等，其中，环氧树脂因其具有优异的粘接性能、耐磨性能、力学性能、电绝缘性能、化学稳定性能而被广泛使用。但是，环氧树脂具有容易燃烧，耐高温性能和力学性能(尤其是冲击强度)差的缺点。预浸料是复合材料制备过程的中间材料，其质量的优劣直接影响到最终制品复合材料的质量。基于环保要求，目前提高环氧基预浸料阻燃性能的方法是在环氧树脂中加入添加型或者反应型的阻燃剂。现有技术中公开了一种添加磷氮反应型阻燃剂提高环氧树脂的方法，使得预浸料所制备的层压板具有优异的电气性能和阻燃性能，可用于制备印刷线路板和其他相关电子材料；此外，现有技术中还公开了一种高熔点阻燃剂的制造方法，将其添加到环氧树脂中，所制备的预浸料具有优异的介电性能和阻燃性能，可用于印刷电路板的制备。然而，上述方法虽然提高了预浸料的阻燃性能，但预浸料的耐高温性能和力学性能却较差，从而限制了预浸料的应用。
技术实现思路
为了克服上述问题，本专利技术采用还原度为40％～60％的还原石墨烯作为纳米填料，通过易挥发溶剂的分散，使得具有耐高温、高力学强度的还原石墨烯均匀分散在环氧树脂中，并且通过控制还原石墨烯的添加量，有效提高了环氧树脂的耐高温性和力学性能，此外，还原石墨烯在环氧树脂中可以作为屏障，阻隔热量的传播和氧气的进入，从而提高材料的阻燃性能。本专利技术提供了一种环氧树脂预浸料，按重量份数计，包括：环氧树脂：40～70份；还原石墨烯：1～5份；阻燃剂：6～10份；以及固化剂：10～40份。在上述环氧树脂预浸料中，所述还原石墨烯的还原度为40％～60％。在上述环氧树脂预浸料中，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、硼酸锌和氢氧化铝中的一种或多种。在上述环氧树脂预浸料中，所述固化剂包括间苯二胺、聚硫醇和聚酰胺中的一种或多种。本专利技术还提供了一种制备环氧树脂预浸料的方法，包括以下步骤：将还原石墨烯加入到溶剂中，形成还原石墨烯分散液；在环氧树脂中加入所述还原石墨烯分散液，蒸发所述溶剂，再加入阻燃剂、固化剂，形成改性阻燃环氧树脂；以及将所述改性阻燃环氧树脂涂覆到纤维或织物表面，挤压、加热、收卷，得到所述环氧树脂预浸料。在上述方法中，所述还原石墨烯通过以下方法制备：在硫酸、硝酸的混合液中加入石墨烯，再加入高锰酸钾，反应，之后将溶液倒入冰水中，搅拌，加入双氧水，直至溶液颜色为亮黄色；离心，得到的固体用乙醇、盐酸和蒸馏水洗涤，干燥，得到氧化石墨烯；以及将所述氧化石墨烯还原，形成所述还原石墨烯。在上述方法中，在200～300℃的真空条件下将所述氧化石墨烯还原1～3h。在上述方法中，所述还原石墨烯的还原度为40％～60％。在上述方法中，所述溶剂包括乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种或多种。在上述方法中，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、硼酸锌和氢氧化铝中的一种或多种。在上述方法中，所述固化剂包括间苯二胺、聚硫醇和聚酰胺中的一种或多种。在上述方法中，按重量份数计，在40～70份的所述环氧树脂中加入1～5份的所述还原石墨烯、6～10份的所述阻燃剂和10～40份的所述固化剂。本专利技术通过控制氧化石墨烯的还原度，并且通过将还原石墨烯分散在易挥发的溶剂中，再加入树脂中进行分散，使还原石墨烯均匀地分散在环氧树脂中，在提高环氧树脂预浸料阻燃性的同时提高了预浸料的耐高温性能和力学性能。在本专利技术中，还原石墨烯的还原度应控制在40％～60％之间，还原度太低，还原的石墨烯含氧基团较多，热稳定性较差，且不能提高树脂阻燃性能；还原度太高，还原的石墨烯含氧基团太少，石墨烯间容易团聚，且与树脂的界面作用力较差，从而影响预浸料的力学性能的提升。本专利技术通过在真空条件下控制还原温度为200～300℃，并且还原时间为1～3h，从而控制石墨烯还原度，使得制备的环氧树脂预浸料在具有良好的阻燃性能的同时具有较好的耐高温性能和力学性能。附图说明图1是环氧树脂预浸料制备流程图(1-纱架；2-浸胶槽；3-辊；4-烘胶炉；5-温控开关；6-风扇；7-收丝机；8-可调直流电源)。具体实施方式下面的实施例可以使本领域技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。本专利技术通过对石墨烯进行氧化和还原，控制石墨烯的还原度在40％～60％之间，该还原石墨烯的制备包括以下步骤：在300～400mL浓硫酸(质量分数为98％)、20～60mL硝酸的混合液中加入2～5g石墨烯，再以0.5mL/min～1mL/min的速度缓慢加入15～20g高锰酸钾，50～70℃反应10～14h，之后将反应后的溶液以0.5mL/min～1mL/min的速度缓慢倒入300～500mL冰水中，800～1000r/min快速搅拌10～20min，加入双氧水，直至溶液颜色为亮黄色；再进行离心，得到的固体用乙醇、盐酸(质量分数低于20％的稀盐酸)和蒸馏水洗涤3～5次，得到棕色固体，将该棕色固体在-5℃～-15℃的温度下冷冻干燥5～8h，得到氧化石墨烯；以及将氧化石墨烯在200～300℃的真空烘箱中还原1～3h，控制还原度在40％～60％之间，形成还原石墨烯。得到还原度为40％～60％的还原石墨烯之后，通过使用易挥发溶剂分散，使还原石墨烯均匀地分散在环氧树脂中，利用该还原石墨烯制备成环氧树脂预浸料，在提高该预浸料的阻燃性能的同时提高了该预浸料的耐高温性能和力学性能，环氧树脂预浸料的制备包括以下步骤：将1～5g还原石墨烯加入到溶剂(溶剂的量能分散还原石墨烯即可)中，200～300r/min机械搅拌20～30min以及超声分散20～30min，形成还原石墨烯分散液；其中，溶剂包括乙醇、异丙醇和正丙醇中的一种或多种；在40～70g环氧树脂中加入上述还原石墨烯分散液，200～300r/min机械搅拌20～30min以及超声分散20～30min，蒸发溶剂，再加入6～10g阻燃剂、10～40g固化剂，200～300r/min机械搅拌20～30min以及超声分散20～30min，形成改性阻燃环氧树脂；阻燃剂包括聚磷酸铵、硼酸锌和氢氧化铝中的一种或多种，固化剂包括间苯二胺、聚硫醇和聚酰胺中的一种或多种；以及将改性阻燃环氧树脂涂覆到纤维或织物表面，通过挤压辊挤压，除去纤维或织物表面残余的改性阻燃环氧树脂，以100～200℃温度加热1-2h、收卷，得到环氧树脂预浸料；将该环氧树脂预浸料放入模具中，在200～300℃的真空烘箱中固化3～10min，测定垂直燃烧等级、热分解温度和冲击强度；纤维或织物包括碳纤维布、芳纶布、石英布、玻纤布中的一种或者多种。实施例1在300mL浓硫酸(质量分数为98％)、20mL硝酸的混合液中加入4g石墨烯，缓慢加入18g高锰酸钾，50℃反应14h，之后将反应后的溶液缓慢倒入300mL冰水中，快速搅拌15min，加入双氧水，直至溶液颜色为亮黄色；再进行离心，得到的固体用乙醇、盐酸(质量分数低于20％的稀盐酸)和蒸馏水洗涤3次，得到棕色固体，将该棕色固体冷冻干燥，得到氧化石墨烯；将氧化石墨烯在250℃的真空烘箱中还原2h，得到还原度在50％～60％之间的还原石墨烯；将3g还原石墨烯加入到乙醇中，机械搅拌和超声分散，形成还原石墨烯分散液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环氧树脂预浸料，其特征在于，按重量份数计，包括：环氧树脂：40～70份；还原石墨烯：1～5份；阻燃剂：6～10份；以及固化剂：10～40份。

【技术特征摘要】
1.一种环氧树脂预浸料，其特征在于，按重量份数计，包括：环氧树脂：40～70份；还原石墨烯：1～5份；阻燃剂：6～10份；以及固化剂：10～40份。2.根据权利要求1所述的环氧树脂预浸料，其特征在于，所述还原石墨烯的还原度为40％～60％。3.根据权利要求1所述的环氧树脂预浸料，其特征在于，所述阻燃剂包括聚磷酸铵、硼酸锌和氢氧化铝中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的环氧树脂预浸料，其特征在于，所述固化剂包括间苯二胺、聚硫醇和聚酰胺中的一种或多种。5.一种制备环氧树脂预浸料的方法，其特征在于，包括以下步骤：将还原石墨烯加入到溶剂中，形成还原石墨烯分散液；在环氧树脂中加入所述还原石墨烯分散液，蒸发所述溶剂，再加入阻燃剂、固化剂，形成改性阻燃环氧树脂；以及将所述改性阻燃环氧树脂涂覆到纤维或织物表面，挤压、加热、收卷，得到所述环氧树脂预浸料。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述还原石墨烯通过以下方法制备：在硫酸、硝酸的混合液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：洛阳尖端技术研究院，洛阳尖端装备技术有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41