改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料及其制法制造技术

一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料及其制法，属于可修复弹性体材料技术领域。该材料具有可修复性，该复合材料通过将石墨烯溶液和异氰酸酯混合反应，得到异氰酸酯改性石墨烯，再将异氰酸酯和端氨基聚醚混合反应，并和异氰酸酯改性石墨烯反应，得到预聚体，预聚体和聚天门冬氨酸酯树脂混合搅拌反应制得。该复合材料将异氰酸酯改性石墨烯作为增强相，得到的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料，具备高效的修复性能的同时兼备有抗冲击、导电导热等多种性能。导电导热等多种性能。导电导热等多种性能。

【技术实现步骤摘要】
改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料及其制法


[0001]本专利技术涉及可修复弹性体材料
，具体涉及一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料及其制法。

技术介绍

[0002]近些年来，可修复弹性体材料的出现引起了工业界和学术界广泛的关注，这是由于它们在长期使用过程中可以从微裂纹或损伤中自主恢复，这为延长聚合物涂层的生命周期提供了一种有效的方法，对于航空航天、汽车、柔性电子、建筑等领域有着深远的意义。可修复弹性体材料根据修复机制的不同，可分为外援型和本征型两类。外援型可修复材料是指将载有修复剂的微胶囊、液芯纤维或毛细管网络埋植于聚合物基体中，当聚合物材料受到损伤时会导致微胶囊、液芯纤维或毛细管网络的破裂而流出修复剂，修复剂进入裂纹固化而实现聚合物材料的修复。因此外援型可修复材料的修复次数较少，且修复载体会受裂纹走向而影响材料修复效率。本征型可修复材料是指通过聚合物内部的一种或者多种可逆的动态化学键来实现聚合物材料的修复，当材料出现裂纹或损伤时，通过外界刺激(如热、光、电、溶剂等)或者无外界刺激的情况下，动态键发生可逆反应实现自主修复。正是由于本征型可修复材料的可重复修复能力，现已成为可修复材料领域的主流。
[0003]聚脲是由异氰酸酯组分(
‑
NCO)和氨基组分(
‑
NH2)通过聚合反应生成脲基的弹性体聚合物，其分子链由软段和硬段构成。软段的玻璃化转变温度低于室温，主要包括长段碳链、聚醚、聚酯等柔性链段，容易改变构象；而硬段主要是异氰酸酯、扩链剂、交联剂等，玻璃化转变温度较高，较为僵硬，赋予聚脲/聚氨酯较高的模量和强度。由于软硬段间热力学不相容性以及硬段间强烈的氢键作用，聚脲/聚氨酯结构内部呈现微相分离的独特形态。这种特殊微观形态以及分子链上存在数量众多的脲键/氨基甲酸酯和氢键，使其具备成为可修复材料的潜能。虽然动态可逆键的引入使得聚合物具备了可修复能力，但在提升可修复材料性能或者使其具备多功能性方面仍有很大差距。在很多需要聚合物材料具备可愈性能场景中，正是由于可修复材料缺乏多功能性而得不到应用。
[0004]石墨烯作为二维纳米碳材料，由于其具有非常优异的力学性能，以及热导率和导电性，经常被用作多功能性聚合物纳米复合材料的增强相。但是石墨烯的添加往往会限制自修复型材料的动态可逆键的修复以及分子链的流动性而阻碍裂纹闭合和愈合过程。因此，制备具有多功能型的自修复石墨烯/聚脲弹性体复合材料关键所在是，如何保证石墨烯在聚脲基体中的分散性以及利用其高比表面积与聚脲基体相互作用形成良好的界面效应。

技术实现思路

[0005]基于上述应用领域所面对的问题，本专利技术提出了一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料及其制法，其中，将异氰酸酯改性石墨烯作为增强相，得到的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料，具备高效的修复性能的同时兼备有抗冲击、导电
导热等多种性能。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]本专利技术的一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料，具有可修复性，拉伸强度为7.69～12.58Mpa，断裂伸长率为375.15～402.51％，修复拉伸强度为5.97～10.15Mpa，修复断裂伸长率为319.67～358.64％，导电率为7.46E
‑
15～2.35E
‑
4S/cm，导热系数为0.12～28.49W/m
·
K，冲击强度为41.35～64.73KJ/m2。
[0008]所述的改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料通过将石墨烯溶液和异氰酸酯混合反应，得到异氰酸酯改性石墨烯，再将异氰酸酯和端氨基聚醚混合反应，并和异氰酸酯改性石墨烯反应，得到预聚体，预聚体和聚天门冬氨酸酯树脂混合搅拌反应制得。
[0009]本专利技术的一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S1：异氰酸酯改性石墨烯的制备
[0011](1)将少层石墨烯在溶剂中，超声分散，得到石墨烯溶液；
[0012](2)将石墨烯溶液和异氰酸酯在75℃～95℃下反应12～30h，得到反应溶液；按质量比，石墨烯：异氰酸酯＝1：(5～25)。
[0013](3)将反应溶液固液分离，固体产物洗涤，烘干，得到异氰酸酯改性石墨烯；
[0014]S2：改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料的制备
[0015](1)将异氰酸酯改性石墨烯置于有机溶剂中，超声分散，得到均一分散的异氰酸酯改性石墨烯溶液；
[0016](2)在氮气环境下，将异氰酸酯和端氨基聚醚混合均匀，混合过程中，温度控制在10
±
5℃，搅拌速率为10～50rpm，混合完成后，搅拌反应20～40min，再升温至80～90℃以120～300rpm搅拌反应20～40min，得到混合物；
[0017]其中，按质量比，端氨基聚醚：异氰酸酯＝(10～25)：(5～12)；
[0018](3)将均一分散的异氰酸酯改性石墨烯溶液以(2～5)mL/min的速率加入到混合物中，加入完成后，以搅拌速率为120～300rpm，再80～90℃反应3～5h，得到异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体；其中，异氰酸酯改性石墨烯在异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体中的质量分数为0.1wt％～20wt％；
[0019](4)将异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体和聚天门冬氨酸酯树脂混合，以10～90rpm搅拌速率搅拌5～10min，置于50～60℃抽真空处理5～20min，再蒸发去除溶剂，烘干，得到完全固化的改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料；其中，按质量比，异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体：聚天门冬氨酸酯树脂＝(15～30)：(10～22)。
[0020]所述的S1的(1)中，少层石墨烯，采用以下制备方法制得。
[0021]i)将可膨胀石墨原料置于600～800℃恒温下膨胀剥离，得到蠕虫状的膨胀石墨；
[0022]所述的i)中，膨胀剥离时间优选为1～5min。
[0023]ii)将膨胀石墨进行湿法球磨，球磨时间为8～24h，得到球磨后溶液；
[0024]iii)将球磨后溶液固液分离，烘干，得到少层石墨烯；
[0025]所述步骤i)中，可膨胀石墨原料为石墨插层化合物。
[0026]所述步骤ii)中，球磨采用行星式球磨，公转：自转＝1:2，球磨转速为400～
600rpm，球磨介质优选为氧化锆球；料球比为膨胀石墨：溶剂：氧化锆球的比例为1g：40～80mL：50～100g；湿法球磨采用的球磨溶剂选自去离子水、无水乙醇、丙酮中的一种，优选为无水乙醇。
[0027]所述的步骤iii)中，烘干温度为60～90℃，烘干时间为6h～10h。
[0028]所述的S1的(1)中，溶剂优选为高沸点溶剂，更优选为二甲基甲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料，其特征在于，具有可修复性。2.一种改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料，其特征在于，改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料的拉伸强度为7.69～12.58Mpa，断裂伸长率为375.15～402.51％，修复拉伸强度为5.97～10.15Mpa，修复断裂伸长率为319.67～358.64％，导电率为7.46E
‑
15～2.35E
‑
4S/cm，导热系数为0.12～28.49W/m
·
K，冲击强度为41.35～64.73KJ/m2。3.权利要求1或2所述的改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：异氰酸酯改性石墨烯的制备(1)将少层石墨烯在溶剂中，超声分散，得到石墨烯溶液；(2)将石墨烯溶液和异氰酸酯在75℃～95℃下反应12～30h，得到反应溶液；按质量比，石墨烯：异氰酸酯＝1：(5～25)；(3)将反应溶液固液分离，固体产物洗涤，烘干，得到异氰酸酯改性石墨烯；S2：改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材料的制备(1)将异氰酸酯改性石墨烯置于有机溶剂中，超声分散，得到均一分散的异氰酸酯改性石墨烯溶液；(2)在氮气环境下，将异氰酸酯和端氨基聚醚混合均匀，混合过程中，温度控制在10
±
5℃，搅拌速率为10～50rpm，混合完成后，搅拌反应20～40min，再升温至80～90℃以120～300rpm搅拌反应20～40min，得到混合物；其中，按质量比，端氨基聚醚：异氰酸酯＝(10～25)：(5～12)；(3)将均一分散的异氰酸酯改性石墨烯溶液以(2～5)mL/min的速率加入到混合物中，加入完成后，以搅拌速率为120～300rpm，在80～90℃反应3～5h，得到异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体；其中，异氰酸酯改性石墨烯在异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体中的质量分数为0.1wt％～20wt％；(4)将异氰酸酯改性石墨烯/天冬聚脲预聚体和聚天门冬氨酸酯树脂混合，以10～90rpm搅拌速率搅拌5～10min，置于50～60℃抽真空处理5～20min，再蒸发去除溶剂，烘干，得到完全固化的改性石墨烯增强的可修复多功能天冬聚脲弹性体复合材...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆实，王鹏，王向明，刘建邦，徐朝阳，张业伟，张汉茹，姬书得，韩森森，郭国吉，马军，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：