石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料及其制备方法。其中，该阻燃复合材料，以重量份计，包括：30～70份环氧树脂、0.3～3份氮磷改性的氧化石墨烯、2.64～5.1份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及30～70份的玻璃纤维布。通过添加玻璃纤维布及改性的功能化石墨烯使得复合材料的力学性能得到明显的提升。而且，本发明专利技术的复合材料对环境比较友好，燃烧过程中不会产生挥发性气体，进而避免了对人身体造成危害。造成危害。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近些年有着不少关于石墨烯材料的报道，介于其较好的性能，无论是电池研发，船舶防护还是医疗器械等领域都有着日益增长的应用。石墨烯材料的化学惰性优异，比表面积和能量壁垒较高，经常被作为较好的电子受体，因为其吸热性好，强边缘、曲径效应，较高的断裂韧性，故在防腐、防务，热传导散和阻燃及微生物方面具有较为可观的前景。
[0003]环氧树脂在整个国民生产中有着十分广泛的应用，可应用在地坪漆、浇铸件、防腐涂料等，还可作为航天领域中纤维增强材料，当作粘结剂使用在汽车，钓鱼竿，高尔夫球杆等民营品的制造上。我国是生产环氧树脂的生产的大国，但是仅局限在低端的环氧产品上，高端环氧树脂的生产则较为落后，对于高附加值和先进技术含量产品的消费上过度的依赖于进口，这也致使我国环氧行业技术革新的步伐缓慢。
[0004]传统的环氧树脂拥有优异的性能，但是却存在着可燃性的缺点，氧指数只有19
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20。而在很多领域都对使用的材料有着阻燃性能的要求，环氧树脂的可燃性已经限制了其在材料领域的应用，在电气行业标准中也明确规定使用的环氧必须阻燃。传统的有机阻燃剂虽然可以起到阻燃的作用，但是由于其在阻燃中释放了大量的有害气体，所以并不符合安全使用的规定。开发环保阻燃的环氧材料势在必行，未来环氧行业的发展将会是环保、阻燃、高纯的环氧树脂。

技术实现思路
<br/>[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料及其制备方法，以提供一种性能优良的无毒型阻燃复合材料。
[0006]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料，该阻燃复合材料，以重量份计，包括：30～70份环氧树脂、0.3～3份氮磷改性的氧化石墨烯、2.64～5.1份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及30～70份的玻璃纤维布。
[0007]进一步地，阻燃复合材料，以重量份计，包括：40～55份环氧树脂1.2～2.5份氮磷改性的氧化石墨烯、3.4～4.5份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及40～60份的玻璃纤维布。
[0008]根据本专利技术的另一方面，提供了一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料的制备方法，该制备方法包括：将氮磷改性的氧化石墨烯制备成悬浮液；向悬浮液中依次加入环氧树脂、双氰胺和脱模剂，得到混合胶液；将混合胶液浸渍在玻璃纤维布上后进行初步固化，得到预浸料；将预浸料热压固化，得到阻燃复合材料。
[0009]进一步地，将氮磷改性的氧化石墨烯置于溶剂中制备成悬浮液；优选地，溶剂为丙酮、1，4丁二醇或乙二醇丁醚；优选地，向悬浮液中依次加入环氧树脂、双氰胺和脱模剂，得到混合胶液包括：向悬浮液中加入环氧树脂后搅拌，得到第一混合液；向第一混合液中依次
加入双氰胺和脱模剂后搅拌，得到第二混合液；除去第二混合液中多余的溶剂，得到混合胶液。
[0010]进一步地，搅拌在75～85℃下进行；优选地，通过加热挥发的方式除去第二混合液中多余的溶剂，得到混合胶液；更优选，当溶剂为丙酮时，将第二混合胶液置于58～65℃下1～2h除去第二混合液中多余的溶剂，得到混合胶液。
[0011]进一步地，初步固化是在135～145℃下进行。
[0012]进一步地，将预浸料热压固化，得到阻燃复合材料包括：将至少两层，优选2～4层预浸料置于135～145℃下热压固化，热压固化的压力为0.55～0.65MPa，热压固化的时间为1～3h，得到阻燃复合材料。
[0013]进一步地，氮磷改性的氧化石墨烯通过如下方法制备：将氧化石墨烯置于N,N
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二甲基甲甲酰胺的溶液中进行超声处理，得到超声处理液；向超声处理液中加入马来酸酐进行反应，优选在7～10℃，氮气气氛下及搅拌条件下反应，得到第一产物；将第一产物置于杂菲
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氧化物与N,N
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二甲基甲酰胺的混合溶液中进行反应，优选在75～85℃，氮气气氛下及搅拌条件下反应，得到第二产物；将第二产物置于异氰尿酸三缩水甘油酯和N,N
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二甲基甲酰胺的混合溶液中进行反应，优选在145～155℃，氮气气氛下及搅拌条件下反应，得到第三产物；对第三产物进行冷冻干燥，得到氮磷改性的氧化石墨烯。
[0014]进一步地，氧化石墨烯通过以下方法制备：将石墨粉放入浓度分别为85～95wt％的浓硫酸和8～9wt％的浓磷酸的混合液中，得到石墨酸混液；维持反应温度40℃下，向石墨酸混液中滴加高锰酸钾，并按15rpm速度搅拌，最终得到搅拌液；将搅拌液倒在去离子水的冰块上，然后向冰块逐滴滴加双氧水进行反应，待溶液变为亮黄色，立刻停止搅拌，得到反应混合物；采用转速为≤6000rpm离心机对反应混合物进行离心，得到第一离心产物；再用转速为≤26000rpm的离心机对第一离心产物进行离心得到沉淀；对沉淀洗涤纯化，得到氧化石墨烯；优选地，对沉淀洗涤纯化，得到氧化石墨烯包括：采用盐酸对沉淀洗涤多次后，再用透析袋透析，透析完成后再使用冷冻干燥剂至恒重，得到氧化石墨烯。
[0015]根据本申请的第三个方面，提供了上述任一种制备方法制备得到的石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料。
[0016]应用本专利技术的技术方案，通过采用氮磷改性的氧化石墨烯与环氧树脂共混，有利于制备得到具有阻燃性能的复合材料，且制备的复合材料可以自熄且无熔融滴落的现象，上述改性后的功能化的石墨烯可以促进碳层的形成，当材料燃烧时可以提供一个绝热及阻隔氧气和挥发性气体的屏障，使材料具备阻燃性能。此外，本专利技术中加入玻纤及改性的功能化石墨烯后，材料的力学性能得到明显的提升，这是由于功能化石墨烯表面的羟基和环氧基可能与树脂在固化时发生交联形成共价键，提高了其和树脂的界面结合力，同时由于较大的比表面积可以阻碍聚合物链段的运动，使得材料在收到外力时分子链不易产生滑移，从而提高了材料的机械性能。而且，本专利技术制备的复合材料对环境比较友好，燃烧过程中不会产生挥发性气体，不会对人身体造成危害。
具体实施方式
[0017]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0018]在本申请一种典型的实施方式中，提供了一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料，该阻燃复合材料，以重量份计，包括：30～70份环氧树脂、0.3～3份氮磷改性的氧化石墨烯、2.64～5.1份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及30～70份的玻璃纤维布。
[0019]本申请所提供的上述阻燃复合材料，通过采用氮磷改性的氧化石墨烯与环氧树脂共混，有利于制备得到具有阻燃性能的复合材料，且制备的复合材料可以自熄且无熔融滴落的现象，上述改性后的功能化的石墨烯可以促进碳层的形成，当材料燃烧时可以提供一个绝热及阻隔氧气和挥发性气体的屏障，使材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料，以重量份计，包括：30～70份环氧树脂、0.3～3份氮磷改性的氧化石墨烯、2.64～5.1份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及30～70份的玻璃纤维布。2.根据权利要求1所述的阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃复合材料，以重量份计，包括：40～55份环氧树脂1.2～2.5份氮磷改性的氧化石墨烯、3.4～4.5份双氰胺、0.1～0.2份脱模剂及40～60份的玻璃纤维布。3.权利要求1或2所述的石墨烯与玻璃纤维增强的阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将氮磷改性的氧化石墨烯制备成悬浮液；向所述悬浮液中依次加入环氧树脂、双氰胺和脱模剂，得到混合胶液；将所述混合胶液浸渍在玻璃纤维布上后进行初步固化，得到预浸料；将所述预浸料热压固化，得到所述阻燃复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将氮磷改性的氧化石墨烯置于溶剂中制备成悬浮液；优选地，所述溶剂为丙酮、1，4丁二醇或乙二醇丁醚；优选地，向所述悬浮液中依次加入环氧树脂、双氰胺和脱模剂，得到混合胶液包括：向所述悬浮液中加入环氧树脂后搅拌，得到第一混合液；向所述第一混合液中依次加入双氰胺和脱模剂后搅拌，得到第二混合液；除去所述第二混合液中多余的所述溶剂，得到所述混合胶液。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述搅拌在75～85℃下进行；优选地，通过加热挥发的方式除去所述第二混合液中多余的所述溶剂，得到所述混合胶液；更优选，当所述溶剂为丙酮时，将所述第二混合胶液置于58～65℃下1～2h除去所述第二混合液中多余的所述溶剂，得到所述混合胶液。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述初步固化是在135～145℃下进行。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将所述预浸料热压固化，得到所述阻燃复合材料包括：将至少两层，优选2～4层所述预浸料置于135～145℃下热压固化，所述热压固化的压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘若鹏，赵治亚，郭朝光，
申请(专利权)人：洛阳尖端技术研究院，
类型：发明
国别省市：