一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法技术

本发明专利技术属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，包括以下步骤：氧化还原法制备石墨烯；石墨烯镀镍处理得到镀镍石墨烯；环氧树脂与镀镍石墨烯进行高速搅拌，超声共混得到镀镍石墨烯改性环氧树脂、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电学、热学等性能；本发明专利技术对石墨烯进行镀镍处理，增加石墨烯的顺磁性；将环氧树脂和镀镍石墨烯混合液在磁场中进行取向处理，固化后制备出石墨烯定向增强环氧树脂复合材料。

A preparation method of orientation reinforced epoxy resin with nickel plated graphene

【技术实现步骤摘要】
一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法
本专利技术涉及纳米复合材料
，特别涉及一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，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。
技术介绍
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.0TPa，断裂强度能达到130GPa；理论上单原子层的石墨烯热导率可达5000W（/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6000S/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。金属镍不仅具有较高的导热、导电性，还具有较高的导磁性，且耐空气腐蚀，在潮湿的环境中也很稳定；将金属镍与石墨烯复合不仅在电子行业、电磁吸波材料方面应用广泛，在金属复合材料方面也有广阔的应用前景，可以作为高硬度、耐磨性、可焊接、自润滑、高导热材料的填充应用于冶金领域。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。然而，众所周知，石墨烯的分散性并不是很好，石墨烯加入到环氧树脂中很容易产生团聚现象，可能会影响环氧树脂的耐热性，耐化学性能等，因此有必要专利技术一种提高石墨烯在环氧树脂中的分散性，使环氧树脂的韧性、强度等性能得到有效方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法。本专利技术通过hummer法制备的氧化石墨烯进行还原镀镍处理得到镀镍石墨烯，利用超声共混法制备镀镍石墨烯/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。本专利技术的技术方案是这样的：一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，包括如下步骤：（1）通过改进Hummers法将天然石墨烯氧化成氧化石墨烯，并通过离心、氨水调PH等手段得到中性的氧化石墨烯；（2）将步骤（1）中的氧化石墨烯进行化学还原得到石墨烯；（3）将步骤（2）中的石墨烯进行镀镍处理得到镀镍石墨烯；（4）将步骤（3）中的镀镍石墨烯与预热环氧树脂进行高速搅拌和超声共混得到分散均匀的镀镍石墨烯环氧树脂浆料；（5）将步骤（4）中镀镍石墨烯环氧树脂浆料和环氧树脂固化剂共混，充分混合后除气泡，在磁场下对所述混合液进行取向处理，固化制得各向异性的镀镍石墨烯环氧树脂复合材料。作为优选，步骤（1）中所述的氧化石墨烯的制备，包括将50目、100目或200目天然石墨粉，以浓硫酸或高锰酸钾通过改进Hummers法制备得到氧化石墨烯，以1000r/min的转速离心、洗涤干燥得到中性的氧化石墨烯粉末。作为优选，步骤（2）中将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入水合肼进行还原，反应时间为24小时。作为优选，步骤（3）中所述的石墨烯镀镍处理的步骤为：石墨烯的粗化处理；石墨烯的敏化处理；石墨烯的活化处理；石墨烯的镀镍处理。作为优选，所述石墨烯的粗化处理步骤中，使用的粗化液为10%-40%的NaOH或KOH溶液；所述的石墨烯的敏化处理步骤中，使用的敏化液为HCl和SnCl2的混合溶液；所述的石墨烯的活化处理步骤中，使用的活化液为HCl和PdCl2的混合溶液。作为优选，所述石墨烯的镀镍处理步骤中的镍离子溶液为硫酸镍、氯化镍、醋酸镍、磺酸镍中的一种或几种溶液。作为优选，步骤（4）中镀镍石墨烯分散液使用超声波搅拌40min，功率为900W，再使用行星搅拌10min，转速2000r/min。作为优选，步骤（5）中将环氧树脂在真空烘箱中120℃预热2h。作为优选，步骤（5）中将处理好的镀镍石墨烯和环氧树脂按照质量比1:100—5:100的比例进行混合，使用超声波搅拌30min，超声功率为900W，再使用行星搅拌10min，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，溶剂为无水乙醇，温度为90℃，干燥10h。作为优选，步骤（5）中将处理好的镀镍石墨烯环氧树脂与芳香胺或脂肪胺类固化剂按照质量比为3:1的比例进行添加，混合均匀后进行脱气30min后倒入模具，在模具上下方各夹上两块铷磁铁，使其处于磁场环境中，固化样品，制得各向异性的镀镍石墨烯环氧树脂。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的技术方案利用环氧树脂作为石墨烯的分散剂和保护剂，将石墨烯的制备和分散同时进行；本专利技术提供的技术方案利用石墨烯的顺磁性在磁场中将石墨烯片层磁化，使石墨烯的方向在基体中实现定向排列，显著提高复合材料沿石墨烯方向上的力学及物理性能；石墨烯方向与所需求的导电或导热方向平行，相当于引入了导电或导热的“便捷通道”，在该方向上的导电率或导热率会显著提高，从而达到定向增强导电或导热的目的；本专利技术提供的技术方案，绿色环保，工艺简单，易于实现产业化。附图说明图1为磁场条件下制作镀镍石墨烯环氧树脂的装置示意图。具体实施方式以下结合图1详细说明本专利技术的具体实施方式。实施例1：如图1所示，一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）以改进Hunners法制备氧化石墨烯，需将石墨粉与浓硫酸按照份数比1:10~40份混合均匀，其中加入0.4份硝酸钠，将3~10份的高锰酸钾在冰浴和搅拌的条件下加入到石墨粉/浓硫酸混合物中，升温至40℃，在搅拌条件下反应1~2h，将反应得到的混合物加入50~100份去离子水，保持反应温度为100℃左右，向混合物中加入20mL~40mLH2O2（至无气泡产生）；趁热过滤，并用去离子水和5%的HCl洗涤至中性；将反应物置于透析膜中透析至PH为中性，半天换一次去离子水，并检测PH值（透析膜用开水煮10min左右）；将透析后的反应物干燥得到氧化石墨烯；将得到的氧化石墨烯加入到去离子水中，搅拌20~50min，然后以10~100KHZ的频率超声处理20~60min,配置成1mg/mL的氧化石墨烯分散液。（2）氧化石墨烯进行化学还原得到石墨烯：将100mg氧化石墨分散于100g水溶液中，得到棕黄色的悬浮液，再在超声条件下分散1h，得到稳定的分散液。然后移入四口烧瓶中，升温至80℃，滴加2mL的水合肼，在此条件下反应24h后过滤，将得到的产物依次用甲醇和水冲洗多次，再在60℃的真空干燥箱中充分干燥，保存备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n⑴，通过改进Hummers法将天然石墨烯氧化成氧化石墨烯，并通过离心、氨水调PH等手段得到中性的氧化石墨烯；/n⑵，将步骤（1）中的氧化石墨烯进行化学还原得到石墨烯；/n⑶，将步骤（2）中的石墨烯进行镀镍处理得到镀镍石墨烯；/n⑷，将步骤（3）中的镀镍石墨烯与预热环氧树脂进行高速搅拌和超声共混得到分散均匀的镀镍石墨烯环氧树脂浆料；/n⑸，将步骤（4）中镀镍石墨烯环氧树脂浆料和环氧树脂固化剂共混，充分混合后除气泡，在磁场下对所述混合液进行取向处理，固化制得各向异性的镀镍石墨烯环氧树脂复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
⑴，通过改进Hummers法将天然石墨烯氧化成氧化石墨烯，并通过离心、氨水调PH等手段得到中性的氧化石墨烯；
⑵，将步骤（1）中的氧化石墨烯进行化学还原得到石墨烯；
⑶，将步骤（2）中的石墨烯进行镀镍处理得到镀镍石墨烯；
⑷，将步骤（3）中的镀镍石墨烯与预热环氧树脂进行高速搅拌和超声共混得到分散均匀的镀镍石墨烯环氧树脂浆料；
⑸，将步骤（4）中镀镍石墨烯环氧树脂浆料和环氧树脂固化剂共混，充分混合后除气泡，在磁场下对所述混合液进行取向处理，固化制得各向异性的镀镍石墨烯环氧树脂复合材料。


2.根据权利要求1所述的一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述的氧化石墨烯的制备，包括将50目、100目或200目天然石墨粉，以浓硫酸或高锰酸钾通过改进Hummers法制备得到氧化石墨烯，以1000r/min的转速离心、洗涤干燥得到中性的氧化石墨烯粉末。


3.根据权利要求1所述的一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中将氧化石墨烯分散在去离子水中，加入水合肼进行还原，反应时间为24小时。


4.根据权利要求1所述的一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的石墨烯镀镍处理的步骤为：
石墨烯的粗化处理；石墨烯的敏化处理；石墨烯的活化处理；石墨烯的镀镍处理。


5.根据权利要求4所述的一种镀镍石墨烯定向增强环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述石墨烯的粗化处理步骤中，使用的粗化液为10%...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡金明，张晓慧，蔡晓明，王冠林，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南;53