一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料及制备方法技术

本发明专利技术属于纳米材料技术领域，公开了一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料及制备方法，使用超声共混法制备了石墨烯/环氧树脂复合材料，利用超声波振动减少石墨烯的团聚，改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性，使得均匀分散的石墨烯能够更好的增强环氧树脂基体的力学、电学、热学等性能。本发明专利技术所用的溶剂为无水乙醇和丙酮，对环境污染小；采用超声共混法制备复合材料，工艺简单；确定了超声波振动功率，能够更好的改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性；利用此工艺制备的复合材料拥有较好的导电性，更好的热膨胀性能。

A Graphene Epoxy Polymer Nanocomposites and Its Preparation Method

The invention belongs to the field of nano-materials technology, and discloses a graphene epoxy macromolecule nanocomposite material and its preparation method. The graphene/epoxy composite material is prepared by ultrasonic blending method. The agglomeration of graphene is reduced by ultrasonic vibration, the dispersion of graphene in the epoxy matrix is improved, and the uniformly dispersed graphene can better strengthen epoxy. Mechanical, electrical and thermal properties of resin matrix. The solvent used in the invention is anhydrous ethanol and acetone, which has little environmental pollution; the preparation of composite materials by ultrasonic blending method is simple; the ultrasonic vibration power is determined, which can better improve the dispersion of graphene in epoxy resin matrix; the composite materials prepared by this technology have better conductivity and better thermal expansion performance.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料及制备方法
本专利技术属于纳米材料
，尤其涉及一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料及制备方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：现有的石墨烯/环氧树脂复合材料的制备工艺中，常见的制备方法为溶液共混法。其中石墨烯在基体中的分散性是影响材料性能的重要因素。解决这一问题现有的技术主要有以下几个方法：传统的机械搅拌来提高石墨烯的分散性；将石墨烯表面连接有机基团的方式减少石墨烯在基体中的团聚；石墨烯与其他填料协同增强基体材料的性能。通过现有工艺制备的复合材料，石墨烯对环氧树脂基体的力学，电学，热学性能的增强程度不高。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)使用常用传统的机械搅拌来提高石墨烯的分散性，制备出石墨烯/环氧树脂复合材料的工艺中，石墨烯的分散性不佳，石墨烯对环氧树脂基体的力学，电学，热学性能的增强程度不高。(2)采用石墨烯表面连接有机基团或石墨烯与其它填料协同增强复合材料的技术路线复杂，效率不高。解决上述技术问题的难度和意义：石墨烯本身具有非常优异的力学、电学、热学等性能，但其很难在复合材料中表现出这些性质，主要是由于石墨烯在高分子基体中容易团聚，与基体界面的粘黏性不好。现有的技术很难改善石墨烯在基体材料中的分散性，减少石墨烯的团聚。解决上述技术问题，能够提高石墨烯对基体环氧树脂的各项性能的增强程度，给出一个简单，有效的技术路线。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料及制备方法。本专利技术使用超声共混法制备了石墨烯/环氧树脂复合材料，利用超声波振动减少石墨烯的团聚，改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性，使得均匀分散的石墨烯能够更好的增强环氧树脂基体的力学、电学、热学等性能。本专利技术是这样实现的，一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法，所述石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法包括：石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂混合物按10g计；步骤一，石墨烯浸泡及行星搅拌：将石墨烯按质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％-5％的比例取石墨烯加入50～80ml无水乙醇溶液，预浸泡后，将浸泡好的石墨烯和无水乙醇的混合液进行行星搅拌；步骤二，石墨烯浸泡材料混合搅拌：将步骤一的混合溶液使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤三，环氧树脂材料溶解：将环氧树脂按质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％-5％的比例取环氧树脂加入40ml丙酮溶液中，超声波搅拌；步骤四，纳米复合材料混合搅拌：将步骤二的溶液和步骤三的溶液混合，并使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤五，添加粘结剂：将0.16g的KH-570溶液添加到步骤四的溶液中，并行星搅拌，再将溶液干燥，挥发溶剂；步骤六，添加固化剂：将固化剂加入步骤五的溶液中，固化剂与环氧树脂的质量比为1：3，并行星搅拌，除泡；步骤七，纳米复合材料固化：将步骤六的溶液筑到模具中，固化，冷却，脱模获得石墨烯环氧树脂纳米复合材料。进一步，步骤一中，预浸泡大于6小时，行星搅拌30分钟，转速2000转/分。进一步，步骤二中，使用超声波搅拌30分钟，超声功率为900W，再使用行星搅拌5分钟，转速2000转/分。进一步，步骤三中，超声波搅拌5分钟，让环氧树脂充分溶解；进一步，步骤四中，使用超声波搅拌30分钟，功率为900w，再使用行星搅拌5分钟。进一步，步骤五中，行星搅拌5分钟，将溶液置于鼓风干燥箱中挥发大部分溶剂，再置于真空干燥箱中继续挥发溶剂，温度为90℃，干燥时间为10小时。进一步，步骤六中，行星搅拌3分钟，除泡2分钟。进一步，步骤七中，将步骤六的溶液筑到模具中，在温度为80℃下，固化2小时，之后在温度120℃下，固化2小时，随炉冷却。本专利技术的另一目的在于提供一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料制备的汽车配制部件。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料制备的电子电器绝缘封装和功能涂料。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：本专利技术所用的溶剂为无水乙醇和丙酮，对环境污染小。采用超声共混法制备复合材料，工艺简单。确定了超声波振动功率，能够更好的改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性。图4为仅使用行星搅拌制备的材料的扫描电镜图，可以看到，此时，石墨烯集中在几个区域中，没有较好的分散开来。图5为使用超声波振动制备的材料的扫描电镜图，可以看到，石墨烯均匀的分散在了环氧树脂基体中。这就说明，超声波振动能够更好的改善石墨烯在环氧树脂基体中的分散性。利用此工艺制备的复合材料拥有较好的导电性，更好的热膨胀性能。因为石墨烯的优异的力学、电学、热学等性能，添加适量的石墨烯作为增强体改性环氧树脂可显著提高其力学性能、热学性能、抗腐蚀性能以及电学性能,在汽车轻量化设计、电子电器绝缘封装和功能涂料等领域前景日趋广泛。附图说明图1是本专利技术实施例提供的石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的超声波搅拌振动功率与石墨烯/环氧树脂复合材料热膨胀率(2wt％)图。图3是本专利技术实施例提供的石墨烯/环氧树脂复合材料的超声功率与电导率(3wt％)图。图4是本专利技术实施例提供的仅使用行星搅拌制备的材料的扫描电镜图。图5是本专利技术实施例提供的使用超声波振动制备的材料的扫描电镜图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。现有的石墨烯/环氧树脂复合材料的制备工艺中常用传统的机械搅拌来提高石墨烯的分散性，复合材料中石墨烯的分散性不佳。通过现有工艺制备的复合材料，石墨烯对环氧树脂基体的力学，电学，热学性能的增强程度不高。图1，本专利技术实施例提供的石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法，包括：S101:石墨烯浸泡及行星搅拌：将指定质量的石墨烯加入适量无水乙醇溶液，预浸泡大于6小时，之后，将浸泡好的石墨烯和无水乙醇的混合液进行行星搅拌30分钟，转速2000转/分；S102:石墨烯浸泡材料混合搅拌：将步骤S101的混合溶液使用超声波搅拌30分钟，超声功率为900W,再使用行星搅拌5分钟，转速2000转/分；S103:环氧树脂材料溶解：将指定质量的环氧树脂加入适量丙酮溶液中，超声波搅拌5分钟，让环氧树脂充分溶解；S104:纳米复合材料混合搅拌：将步骤S102的溶液和步骤S103的溶液混合，并使用超声波搅拌30分钟，功率为900w，再使用行星搅拌5分钟；S105:添加粘结剂：将指定量的KH-570溶液步骤S104的溶液中，并行星搅拌5分钟，之后将溶液置于鼓风干燥箱中挥发大部分溶剂，再置于真空干燥箱中继续挥发溶剂，温度为90℃，干燥时间为10小时；S106:添加固化剂：将固化剂加入步骤S105的溶液中，固化剂与环氧树脂的质量比为1：3，并行星搅拌3分钟，除泡2分钟；S107:纳米复合材料固化：将步骤S106的溶液筑到模具中，在温度为80℃下，固化2小时，之后在温度120℃下，固化2小时，随炉冷却，脱模获得石墨烯/环氧树脂纳米复合材料。石墨烯、石墨烯+环氧树脂+固化剂的质量比例为：石墨烯：石墨烯+环氧树本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法包括：步骤一，石墨烯浸泡及行星搅拌：按照质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％‑5％的比例取石墨烯加入50～80ml无水乙醇溶液，预浸泡后，将浸泡好的石墨烯和无水乙醇的混合液进行行星搅拌；步骤二，石墨烯浸泡材料混合搅拌：将步骤一的混合溶液使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤三，环氧树脂材料溶解：将指定质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％‑5％的比例取环氧树脂加入40ml丙酮溶液中，超声波搅拌；步骤四，纳米复合材料混合搅拌：将步骤二的溶液和步骤三的溶液混合，并使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤五，添加粘结剂：将0.16g的KH‑570溶液添加到步骤四的溶液中，并行星搅拌，再将溶液干燥，挥发溶剂；步骤六，添加固化剂：将固化剂加入步骤五的溶液中，固化剂与环氧树脂的质量比为1：3，并行星搅拌，除泡；步骤七，纳米复合材料固化：将步骤六的溶液筑到模具中，固化，冷却，脱模获得石墨烯环氧树脂纳米复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法包括：步骤一，石墨烯浸泡及行星搅拌：按照质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％-5％的比例取石墨烯加入50～80ml无水乙醇溶液，预浸泡后，将浸泡好的石墨烯和无水乙醇的混合液进行行星搅拌；步骤二，石墨烯浸泡材料混合搅拌：将步骤一的混合溶液使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤三，环氧树脂材料溶解：将指定质量比石墨烯：石墨烯+环氧树脂+固化剂＝1％-5％的比例取环氧树脂加入40ml丙酮溶液中，超声波搅拌；步骤四，纳米复合材料混合搅拌：将步骤二的溶液和步骤三的溶液混合，并使用超声波搅拌，再使用行星搅拌；步骤五，添加粘结剂：将0.16g的KH-570溶液添加到步骤四的溶液中，并行星搅拌，再将溶液干燥，挥发溶剂；步骤六，添加固化剂：将固化剂加入步骤五的溶液中，固化剂与环氧树脂的质量比为1：3，并行星搅拌，除泡；步骤七，纳米复合材料固化：将步骤六的溶液筑到模具中，固化，冷却，脱模获得石墨烯环氧树脂纳米复合材料。2.如权利要求1所述的石墨烯环氧树脂高分子纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤一中，石墨烯+环氧树脂+固化剂混合物为10g；预浸泡大于6小时，行星搅拌30分钟，转速2000转/分。3.如权利要求1所述的石...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖藤，阿拉木斯，刘聪，马兴裕，雷玲，刘奕贤，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51