高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法，该方法采用一种嵌段共聚物—环氧基封端型聚醚聚硅氧烷作为石墨烯纳米片的分散剂，通过球磨石墨，将剥离的石墨烯纳米片均匀分散在环氧基封端型聚醚聚硅氧烷中，然后将混合浆液与环氧树脂共混并固化，制备石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料。环氧基封端型聚醚聚硅氧烷嵌段结构中的有机硅和聚醚柔性链结构与石墨烯协同增韧环氧树脂，石墨烯的自润滑作用显著提高了环氧树脂的耐磨性，从而制备出高耐磨和高韧性的石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料，该复合材料的高耐磨和高韧性以及优良的综合性能使其在研磨抛光、包装运输、电子电器和航空航天等领域具有极大的市场应用价值。极大的市场应用价值。极大的市场应用价值。

【技术实现步骤摘要】
高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于聚合物复合材料领域，具体涉及的是一种高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]由于良好的综合性能，环氧树脂广泛应用于电子封装、建筑施工、航空航天等领域。然而，环氧树脂在使用中仍存在部分缺点，如力学强度、韧性、耐磨、导热等方面的不足，局限了其在各领域的更深层次应用。因此，环氧树脂的增强改性具有重大意义。
[0003]石墨烯由于二维纳米层状结构和优良的综合性能，被认为是提高高分子材料力学、耐磨、阻燃、导热导电等性能的良好填料(Kim,et al.Macromolecules 2010,43,6515
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166530；Papageorgiou,et al.Prog.Mater.Sci.2017,90,75
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127；Liang,et al.J.Mater.Chem.C 2019,7,2725
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2733；刘舒，孙华杰，等。石墨烯/环氧树脂复合材料及其制备方法，CN111454543A)。但是，石墨烯在高分子改性上的应用仍存在瓶颈亟待解决。一方面，石墨烯片层层间具有强烈的范德华力，用传统分散方法难以使其在高分子基体中剥离，呈单片层形式分散，极易团聚，从而降低了其改性的效果。为了更好的分散效果，往往采用有机溶剂稀释分散(闫红强，方征平，等。一种石墨烯微片/环氧树脂纳米复合材料的制备方法，CN103396653A；宋怀河，马兆昆，等。一种石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法，CN103408895A)。然而有机溶剂的引入不仅使制备过程复杂，能耗增大，而且污染化境。其二，石墨烯由于表面结构相对的化学惰性，其与高分子相互作用力弱，影响了其在高分子力学性能、导热导电方面的改性效率。为此，在使用石墨烯改性高分子材料之前，一般要对石墨烯进行表面改性处理(汤龙程，万艳君，等。一种功能化氧化石墨烯/环氧树脂复合材料的制备方法，CN103627139AA；兰金叻，张浩远，等。一种表面改性石墨烯
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氮化碳
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环氧树脂的热界面材料及其制备方法，CN109337291A)。但是，石墨烯的化学表面改性工艺繁琐，操作复杂，难以工业化生产，且往往使用强氧化剂和有机溶剂，污染环境。同时，表面化学改性会破坏石墨烯的石墨化结构，从而降低石墨烯力学、导热及导电方面的优异性能，而物理非共价键改性方法改性剂往往成本高，其加入往往会降低环氧树脂的性能。因此，寻找一种良好的石墨烯分散剂和表面改性剂对于石墨烯在高分子材料改性上的应用具有重大价值。
[0004]孙大陟等利用一种嵌段共聚物—异丁烯
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丙乙醇
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b
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异丁烯作为分散剂，实现了石墨烯在油性溶剂中的良好分散(孙大陟，李丹丹。一种浆料及其制备方法和应用，CN110484020A)。李美真等采用聚醚
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聚苯乙烯等嵌段共聚物作为分散剂，制备得到分散良好的石墨烯溶液(李美真，孙炳赫，等。嵌段共聚物及使用其制备石墨烯的方法，CN107182213B)。由于嵌段共聚物本身对环氧树脂有明显的增韧作用(黄亚江，唐兵，等。一种增强增韧剂、增韧环氧树脂复合材料及其制备方法，CN107459612B；坎达希尔
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叶彭
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韦尔吉斯，等。用来增强热固性聚合物性能的两亲性嵌段共聚物和无机纳米填料，CN101772546B)，因此，采用嵌段共聚物和石墨烯协同，对环氧树脂进行增强改性具有广阔
的应用前景。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术问题，本专利技术在于提供一种高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料制备方法，这种制备方法采用市售的一种液体织物整理剂—环氧基封端型聚醚聚硅氧烷作为分散剂，其结构中的有机硅氧链与石墨烯中的石墨化结构有强烈的相互作用，能作为石墨烯的分散剂和表面改性剂。同时，环氧基封端聚醚能参与环氧树脂固化，使石墨烯和环氧树脂有较强的界面相互作用力。因此，环氧基封端型聚醚聚硅氧烷与石墨烯协同增强改性环氧树脂。
[0006]为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：
[0007]一种高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料制备方法，步骤如下：
[0008]1)将石墨粉按一定的质量配比，加入环氧基封端型聚醚聚硅氧烷中，装入球磨罐中进行球磨，制备得到石墨烯纳米片/环氧基封端型聚醚聚硅氧烷混合浆料。
[0009]2)将上述。石墨烯纳米片/环氧基封端型聚醚聚硅氧烷混合浆料与一定量的固化剂、环氧树脂混合，高速搅拌30分钟，得到环氧树脂混合物。
[0010]3)将上述的环氧树脂混合物抽真空，除去气泡，倒入模具，进行固化反应，制备得到高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料。
[0011]所述石墨粉的目数为300～5000目。
[0012]所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷为无色透明或淡黄色透明液体，黏度为100～3000cP。
[0013]所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷结构中中间嵌段为聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷中的一种或几种共聚物。中间嵌段分子量为500～5000g/mol。
[0014]所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷结构中两边嵌段为聚氧乙烯醚和聚氧乙烯氧丙烯醚中的一种或两种共聚物。两边嵌段分子量为500～10000g/mol。
[0015]所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷结构中端基为环氧基团。
[0016]所述的石墨粉与环氧基封端型聚醚聚硅氧烷质量比为1：(3～200)。
[0017]所述的球磨设备为行星球磨机，磨球为二氧化锆球，球磨转速为100～1000rpm，球磨时间为2～6小时。
[0018]所述环氧树脂为液体环氧树脂，具体为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、双酚S环氧树脂、脂环族环氧树脂、杂环环氧树脂和脂肪族环氧树脂中的一种或几种组合。
[0019]所述固化剂为聚醚胺、脂肪胺、脂环胺、芳香胺、甲基六氢邻苯二甲酸酐、甲基四氢邻苯二甲酸酐、甲基纳迪克酸酐和聚硫醇中的一种或几种组合。
[0020]所述环氧树脂复合材料中各组分质量分数如下：环氧树脂：100质量份；石墨烯纳米片/环氧基封端型聚醚聚硅氧烷混合浆料：5～100质量份；固化剂；10～120质量份。
[0021]所述固化工艺为分步升温固化，第一阶段固化温度为20～140℃，时间为30～90分钟；第二阶段固化温度为60～180℃，时间为60～300分钟。
[0022]本专利技术采用上述技术方案后，具有以下有益效果：1)本专利技术中采用一种市售的嵌段共聚物—环氧基封端型聚醚聚硅氧烷，其结构中的有机硅氧链与石墨烯中的石墨化结构有强烈的相互作用，能作为石墨烯的分散剂和表面改性剂。同时，环氧基封端聚醚能参与环
氧树脂固化，最终使环氧基封端型聚醚聚硅氧烷改性石墨烯能均匀分散在环氧树脂中，并和环氧树脂有强的界面相互本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：步骤如下：1）将石墨粉加入环氧基封端型聚醚聚硅氧烷中，装入球磨设备中进行球磨，制备得到石墨烯纳米片/环氧基封端型聚醚聚硅氧烷混合浆料；2）将上述石墨烯纳米片/环氧基封端型聚醚聚硅氧烷混合浆料与固化剂、环氧树脂混合，搅拌得到环氧树脂混合物；3）将上述环氧树脂混合物抽真空，除去气泡，倒入模具，进行固化反应，制备得到高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料。2.根据权利要求1所述的高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨粉的目数为300~5000目，所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷为的黏度为100~3000 cP。3.根据权利要求1所述的高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述环氧基封端型聚醚聚硅氧烷结构中，中间嵌段为聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷中的一种或几种共聚物，中间嵌段分子量为500~5000 g/mol；两边嵌段为聚氧乙烯醚和聚氧乙烯氧丙烯醚中的一种或两种共聚物，两边嵌段分子量为500~10000 g/mol；端基为环氧基团。4.根据权利要求1所述的高耐磨和高韧性石墨烯纳米片/环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：所述的石墨粉与环氧基封端型聚醚聚硅氧烷的质量比为1：3~200。5.根据权利要求1所述的高耐磨和高韧性石墨烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王睿，卓东贤，陈少云，瞿波，高剑虹，
申请(专利权)人：泉州师范学院，
类型：发明
国别省市：