氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯液晶

【技术实现步骤摘要】
氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电气绝缘材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几年，介电纳米复合材料日趋成为电工材料研究的热点。目前石墨烯作为填料用在介电复合材料中，主要是基于逾渗阈值理论，即当导电填料在基体中的含量达到某一值时，复合材料的电导率会大幅增加，这个突变处的值就定义为逾渗阈值。当导电填料的量略小于逾渗阈值时，复合材料会具有很高的介电性能，因此，介电复合材料多根据逾渗阈值来决定填料的添加量。在逾渗阈值之前，随着石墨烯含量的增加，石墨烯片层之间并没有形成连续的导电通路，而是继续增加微电容器的数量，因此复合材料的介电性能会达到一个极大值。在达到逾渗阈值时，由于石墨烯片层之间无法继续形成微电容器，多余的石墨烯片使微电容器之间相互连接，形成了导电通路，从而在逾渗阈值附近，稍微增加一点导电物质的量，复合材料的导电性就会增加的特别快。
[0003]氧化石墨烯可以在水溶液中形成液晶相，此时的氧化石墨烯片层之间平行排列，具有很高的规整性。但是氧化石墨烯的亲油性较弱，无法直接转移到有机溶剂或聚合物基体内。
[0004]环氧树脂由于具有很高的耐热性、机械性、粘接性和电绝缘性，很适合作为电器绝缘材料的基材。并且环氧树脂具有室温固化和加热固化的方式，还具有加成固化和缩合固化的方式，根据其组分的不同分为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂等，并且常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，由于环氧树脂具有良好的性能和多种多样的选择性，很适合作为复合材料的基材。但是现有环氧树脂复合材料存在介电性能低下、强度和韧性不足等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一是提供一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料。具体技术方案如下：
[0006]一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料，所述复合材料为黑色固体，是以环氧树脂为基体，加入氧化石墨烯液晶有机溶液、固化助剂复合而成；所述固化助剂为胺类固化剂，或者酸酐类固化剂和促进剂；石墨烯液晶的质量是环氧树脂质量的0.5～5％，胺类固化剂的质量是环氧树脂质量的20～40％，酸酐类固化剂的质量是环氧树脂质量的60～80％，促进剂的质量是环氧树脂质量的1～5％。
[0007]优选地，所述氧化石墨烯液晶有机溶液是由浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨烯液晶水溶液、有机溶剂、氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PAPMS-b-PDMS)按照用量比40～500mg:8～200mL:1mg制备得到；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、环己烷、甲
苯、三氯甲烷或二氯甲烷。
[0008]本专利技术的目的之二是提供一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的制备方法。具体技术方案如下：
[0009]上述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)将氧化石墨烯溶解于去离子水中，利用超声波细胞粉碎机分散15～60min，得到浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨烯液晶水溶液，然后向其中加入有机溶剂，并滴加氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PAPMS-b-PDMS)，磁力搅拌，进行静止分层，然后将氧化石墨烯从水相转移到有机相中，得到氧化石墨烯液晶有机溶液；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、环己烷、甲苯、三氯甲烷或二氯甲烷；所述氧化石墨烯、有机溶剂、PAPMS-b-PDMS的用量比为40～500mg:8～200mL:1mg；
[0011](2)将步骤(1)所得氧化石墨烯液晶有机溶液加入环氧树脂中，氮气氛围下40～50℃机械搅拌1～5h，然后空气中在40～48℃下继续机械搅拌1～12h，得到粘稠状石墨烯液晶-环氧树脂混合液，向该混合液中加入胺类固化剂，或者向该混合液中加入酸酐类固化剂和促进剂，搅拌均匀，进行浇注，然后真空脱除气泡，热处理固化，自然冷却，得到所述石墨烯液晶-环氧树脂复合材料；所述促进剂为胺类促进剂、酚类促进剂、甲基咪唑促进剂或乙基己酸盐促进剂；所述石墨烯液晶的质量是环氧树脂质量的0.5～5％，胺类固化剂的质量是环氧树脂质量的20～40％，酸酐类固化剂的质量是环氧树脂质量的60～80％，促进剂的质量是环氧树脂质量的1～5％。
[0012]优选地，所述环氧树脂为双酚型环氧树脂、缩水甘油酯型或缩水甘油醚型环氧树脂。
[0013]优选地，所述胺类固化剂为二乙基三胺或脂肪族改性胺593固化剂。
[0014]优选地，所述酸酐类固化剂为甲基四氢苯酐或甲基六氢苯酐，所述乙基己酸盐促进剂为三-2-乙基己酸盐、甲基咪唑促进剂为2-乙基-4-甲基咪唑、酚类促进剂为2,4,6-三(二甲胺基甲基)苯酚。
[0015]优选地，所述热处理固化的方法为：当采用胺类固化剂进行固化反应时，固化温度为50～70℃，固化时间为1～3h；当采用酸酐类固化剂和促进剂进行固化反应时，先在60～85℃固化0.5～1.5h，然后在115～125℃固化2.5～3.5h；最后在135～180℃下固化2.5～3.5h。
[0016]优选地，所述磁力搅拌的时间为15～60min。
[0017]本专利技术的目的之三是提供所述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的应用。具体技术方案如下：
[0018]上述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料用作电气绝缘材料。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020](1)针对现有环氧树脂复合材料存在介电性能低下、强度和韧性不足的问题，本专利技术利用两相萃取法获取氧化石墨烯液晶有机溶液，并将其与环氧树脂进行混合分散，进而加入固化剂、促进剂热固化得到氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料，石墨烯的添加量很少却能使材料的机械性能和介电常数得到很大提高。
[0021](2)本专利技术提供的液晶相石墨烯-环氧树脂复合材料，将原本的无规相石墨烯导电填料变为液晶取向的石墨烯填料，增加了石墨烯片层在复合材料内部的定向排列，可以增
加复合材料的逾渗阈值，使复合材料获得更大的介电性能调节范围；
[0022](3)本专利技术引入的氨基嵌段硅氧烷聚合物PAPMS-b-PDMS可以使氧化石墨烯和石墨烯获得很高的亲油性，能够使液晶相石墨烯均匀稳定的分散在复合材料中。
[0023](4)与纯环氧树脂材料相比，本专利技术制备的氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的拉伸断裂强度提高了1000％，介电常数提高了800％。
附图说明
[0024]图1是实施例1制备的氧化石墨烯液晶有机溶液的偏光显微镜图；
[0025]图2是实施例1制备的氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的偏光显微镜图(固化前)；
[0026]图3是实施例1制备的氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料拉伸断面的扫描电镜照片；
[0027]图4是纯环氧树脂与实施例1制备的氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料拉伸断裂强度比较图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料，其特征在于，所述复合材料为黑色固体，是以环氧树脂为基体，加入氧化石墨烯液晶有机溶液、固化助剂复合而成；所述固化助剂为胺类固化剂，或者酸酐类固化剂和促进剂；石墨烯液晶的质量是环氧树脂质量的0.5～5％，胺类固化剂的质量是环氧树脂质量的20～40％，酸酐类固化剂的质量是环氧树脂质量的60～80％，促进剂的质量是环氧树脂质量的1～5％。2.根据权利要求1所述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯液晶有机溶液是由浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨烯液晶水溶液、有机溶剂、氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PAPMS-b-PDMS)按照用量比40～500mg:8～200mL:1mg制备得到；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、环己烷、甲苯、三氯甲烷或二氯甲烷。3.如权利要求1或2所述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氧化石墨烯溶解于去离子水中，利用超声波细胞粉碎机分散15～60min，得到浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨烯液晶水溶液，然后向其中加入有机溶剂，并滴加氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物，磁力搅拌，进行静止分层，然后将氧化石墨烯从水相转移到有机相中，得到氧化石墨烯液晶有机溶液；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、环己烷、甲苯、三氯甲烷或二氯甲烷；所述氧化石墨烯、有机溶剂、氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物的用量比为40～500mg:8～200mL:1mg；(2)将步骤(1)所得氧化石墨烯液晶有机溶液加入环氧树脂中，氮气氛围下40～50℃机械搅拌1～5h，然后空气中在40～48℃下继续机械搅拌1～12h，得到粘稠状石墨烯液晶-环氧树脂混合液，向该混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张壮壮，张娇霞，高一枫，王磊，汤继俊，张竞，李世云，周海骏，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：