CN103897337A - 纳米石墨片增强形状记忆复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。该复合材料包括热固性树脂、片状纳米级石墨增强材料和固化剂，其中，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：0.5～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：10～20。本发明提供的复合材料的制备方法包括：1、制备纳米级石墨片；2、石墨片分散在树脂中，加入固化剂后真空除气泡；3、加入到一定形状的模具中固化，脱模，得到形状记忆复合材料。本发明提供的形状记忆复合材料具有极宽的温度调节范围，其在拉伸强度，弹性模量以及形状记忆性能等方面表现出良好的实用性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料及其制备方法，特别是一种由纳米级石墨片和一定比例的固化剂，环氧树脂复合而成的形状记忆复合材料，属于复合材料技术领域。
背景技术
形状记忆高分子材料是指在一定的条件下对具有初始形状的制品改变其初始形状并固定后，通过外界条件如热、光、电、磁、pH值等的刺激，又可恢复其初始形状的材料。形状记忆高分子材料具有以下几大优点：形变量大，通常在400%以上，形状记忆回复温度范围宽；加工成型工艺简单，易制成结构复杂的异型品；质量轻，原材料充足，价格便宜；耐腐蚀，电绝缘性和保温效果好，作为一种新型形状记忆材料具有良好的发展潜质。
形状记忆聚合物的形状记忆功能是由其特殊的内部结构所决定的。形状记忆聚合物一般由保持永久形状的固定相和随温度变化会发生软化-硬化可逆变化的可逆相组成。可逆相一般为物理交联结构，通常由熔点较低的结晶态或玻璃化温度较低的玻璃态构成，固定相则有物理交联和化学交联两种形式。根据固定相交联结构的不同，形状记忆聚合物可以分为热塑性形状记忆聚合物、热固性形状记忆聚合物和无定型形状记忆聚合物。由温度变化而引起的形状变化称为热致型形状记忆效应，目前所研究的形状记忆聚合物大多是热致型的，其形状记忆过程可简单描述为：首先，经成型过程得到具有一定形状的样品；然后将试样加热到其形状转变温度(Tg)以上，对试样施加外力使其变形，在外力存在的条件下，经骤冷过程将试样冷却到形状转变温度以下以固定形变，此时试样呈变形后的形状，也称为暂时形状，再加热试样到形状转变温度以上，可观察到保存下的永久形状得到恢复，这就是一个形状记忆循环。
近些年，国内外采用物理方法或化学交联方法相继研制出许多形状记忆聚合物，如交联聚乙烯、交联聚氯乙烯、辐射交联聚己内酯、交联EVA、聚乳酸、聚氨酯、聚苯乙烯、聚降冰片烯，形状记忆环氧树脂等热塑性或热固性形状记忆聚合物。热固性形状记忆聚合物除具有有机形状记忆材料所共有的低密度、高形状回复率等优点外，还具有高抗辐照特性和良好的化学稳定性等优点。而且利用其作为基体、连续纤维作为增强体制成复合材料，可进一步克服其形状恢复力不足的缺点，在未来空间展开结构设计中具有重要应用前景。
若采用单一的有机物，例如聚苯乙烯、聚氨酯、环氧树脂等直接制备形状记忆聚合物，制成的形状记忆聚合物存在强度和刚度等力学性能较差，形状固定率较差及稳定性差的问题，因此，目前有学者开始研究形状记忆聚合物复合材料，例如在形状记忆聚合物中添加碳纤维、碳纳米管等来提高形状记忆聚合物的性能，但目前尚未见纳米石墨片增强形状记忆复合材料的相关研究报道。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种纳米石墨片增强形状记忆聚合物复合材料及其制备方法，提高形状记忆聚合物的力学性能、稳定性和记忆性能。本发明的片状纳米级石墨增强形状记忆聚合物复合材料，该材料力学性能优异，并具有良好的形状记忆特性。
一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料，由热固性形状记忆聚合物材料，纳米石墨增强材料以及添加剂材料组成，包括：热固性树脂、片状纳米级石墨增强材料和固化剂，其中，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：0.5～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：10～20。
所述的片状纳米级石墨增强材料为片状纳米级导电炭黑、膨胀石墨超声粉碎后的片状纳米级石墨或具有纳米级别的石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
所述的热固性树脂为环氧树脂，优选双酚A型环氧树脂，如E51或E44。
所述的固化剂为对二氨基二苯甲烷、间苯二甲胺和三乙醇胺中的一种或两种的混合物。
优选的，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：1～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：15～20。
上述纳米石墨片增强形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将片状纳米级石墨增强材料溶于溶剂中，加入分散剂进行分散后，加入热固性树脂（环氧树脂）；
（2）除去溶剂后，加入固化剂，加热熔融并混合均匀；
（3）真空除去气泡后，放入模具内固化，得到形状记忆复合材料。
步骤（1）中，所述的溶剂为有机溶剂，如丙酮、石油醚、甲醇、环己酮等；所述的分散剂为酮类或偶联剂，如TNKDIS，Lissapol NX、Triton X-100、KH-560等。
步骤（2）中，60℃水浴加热并搅拌以除去溶剂，加入固化剂，在80℃条件下熔融并搅拌，混合均匀。
步骤（3）中，混合均匀后的液体置于真空干燥箱中70℃保温30min抽真空除去气泡，然后浇注到涂有脱模剂的模具中进行固化，所述固化的条件为在80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h，得到形状记忆复合材料。
本发明还提供了一种包含增韧剂的纳米石墨片增强形状记忆复合材料及其制备方法。
一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：热固性树脂、片状纳米级石墨增强材料、固化剂和增韧剂，其中，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：0.5～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：10～20，热固性树脂和增韧剂的重量比为100：8～15。
所述的片状纳米级石墨增强材料为片状纳米级导电炭黑、膨胀石墨超声粉碎后的片状纳米级石墨或具有纳米级别的石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
所述的热固性树脂为环氧树脂，优选为双酚A型环氧树脂，如E51或E44。
所述的固化剂为对二氨基二苯甲烷、间苯二甲胺和三乙醇胺中的一种或两种的混合物。
所述的增韧剂为新戊二醇二缩水甘油醚、碳12－14醇和丁二醇中的一种或两种混合物。
优选的，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：1～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：15～20。
上述纳米石墨片增强形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将片状纳米级石墨增强材料溶于溶剂中，加入分散剂进行分散后，加入热固性树脂（环氧树脂）；
（2）除去溶剂后，加入固化剂和增韧剂，加热熔融并混合均匀；
（3）真空除去气泡后，放入模具内固化，得到形状记忆复合材料。
步骤（1）中，所述的溶剂为有机溶剂，如丙酮、石油醚、甲醇、环己酮等；所述的分散剂为酮类或偶联剂，如TNKDIS，Lissapol NX、Triton X-100、KH-560等。
步骤（2）中，60℃水浴加热并搅拌以除去溶剂，加入固化剂，在80℃条件下熔融并搅拌，混合均匀。
步骤（3）中，混合均匀后的液体置于真空干燥箱中70℃保温30min抽真空除去气泡，然后浇注到涂有脱模剂的模具中进行固化，所述固化的条件为在80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h，得到形状记忆复合材料。
本发明的片状纳米级石墨增强形状记忆复合材料具有的特点如下：其形状记忆温度在50～120℃之间并且可以通过不同配比进行调节；形状记忆固定率为95～100％，形状记忆回复率为95～100％。
本发明的片状纳米级石墨增强形状记忆复合材料在室温时（低于形状记忆聚合物的玻璃化转变温度，Tg）弹性模量较大，当加热到形状记忆聚合物的玻璃化转变温度以上时，形状记忆材料弹性模量降低，可塑性增强，在外界应力作用下，形状记忆复合材料能被动变形至理想形状；在保持外力约束的情况下降温度降至室温（＜Tg），形状记忆复合材料弹性模量升高，当外力卸载后，形状记忆复合材料能保持形变后的形状，且能长期储存；当再次加热至形状记忆聚合物Tg以上时，纳米石墨增强形状记忆复合材料能主动回复至原始形状。纳米石墨增强形状记忆复合材料能表现出无损伤或较小损伤的拉长-回缩、弯曲-伸展、压缩-伸长等热机械循环性能。
下面通过附图和具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
附图说明
图1为本发明片状纳米级石墨增强环氧树脂形状记忆复合材料的力学性能图。
图2为本发明片状纳米级石墨增强环氧树脂形状记忆复合材料的动态热机械分析图谱。
具体实施方式
具体实施方式一：本方法的制备步骤如下：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入900～1000℃的马弗炉中约30～60s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把0.5～4份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入分散剂促使分散均匀，30min后加入到100份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入10～20份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
实施例1
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入950℃的马弗炉中约50s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把1份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入2重量份分散剂Triton X-100促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入15份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中70℃保温30min抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：固化剂为对二氨基二苯甲烷与间苯二甲胺按一定比例的混合物。
实施例2
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入1000℃的马弗炉中约30s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把4份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入8重量份分散剂Triton X-100促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入20份固化剂，固化剂为对二氨基二苯甲烷与间苯二甲胺按化学计量比2:1比例的混合物，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：聚合物基体材料为环氧树脂E44。
实施例3
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入900℃的马弗炉中约60s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把0.5份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入1重量份分散剂KH-560促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E44中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入17份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点是：加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚8～15份。
实施例4
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入950℃的马弗炉中约50s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把2份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入4重量份分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入18份固化剂对二氨基二苯甲烷，加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚8份。置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
实施例5
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、制备纳米石墨片，把可膨胀石墨置于一定容器内放入950℃的马弗炉中约50s制备出蠕虫状的膨胀石墨，在膨胀石墨中加入无水乙醇和蒸馏水的混合物，在机械搅拌的条件下超声20h，制备出厚度约为十几纳米的，大小约为几微米的纳米石墨片；b、按重量份数把3份的纳米石墨片加入到丙酮中进行分散，加入6重量份分散剂KH-560促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入15份固化剂对二氨基二苯甲烷，加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚15份。置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到纳米石墨片增强的形状记忆复合材料产品；e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式五：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把0.5～4份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入1～20份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。
实施例6
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把1份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入2重量份分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入15份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
实施例7
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把2份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入4重量份分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入20份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
实施例8
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把0.5份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入1重量份分散剂KH-560促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入18份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：固化剂为对二氨基二苯甲烷与间苯二甲胺按一定比例的混合物。
实施例9
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把3份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入6重量份分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入10份固化剂，固化剂为对二氨基二苯甲烷与间苯二甲胺按化学计量比3:1的混合物，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：聚合物基体材料为环氧树脂E44。
实施例10
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把4份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入8重量份分散剂TNKDIS促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E44中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入20份固化剂对二氨基二苯甲烷，置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式五的不同点是：加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚8～15份。
实施例11
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把0.5份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入1重量份分散剂KH-560促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入15份固化剂对二氨基二苯甲烷，加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚8份。置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
实施例12
制备纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：a、采用经典Hummer法或密闭氧化法制备氧化石墨烯，氨－肼联合还原制备出石墨烯；b、按重量份数把1份的石墨烯加入到丙酮中进行分散，加入2重量份KH-560促使分散均匀，30min后加入到100重量份的环氧树脂E51中混合30min，然后在60℃条件下搅拌除去分散介质丙酮；c、混好后的溶液中按重量份数加入10份固化剂对二氨基二苯甲烷，加入固化剂后再按重量份数加入增韧剂新戊二醇二缩水甘油醚12份。置于真空干燥箱中抽真空除去气泡后浇注到涂有脱模剂的模具中，80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h；d、取出模具，等待模具温度降至室温时脱模，得到石墨烯增强的形状记忆复合材料产品。e、把样品切割成矩形进行动态热机械分析和形状记忆性能测试，另取小样进行DSC和扫描电镜分析。结果表明力学性能大大增加，记忆性能相当，石墨片在基体中均匀分布。
表1为本发明片状纳米级石墨增强环氧树脂形状记忆复合材料的形状记忆性能。其中1为实施例6（具体实施方式五中石墨烯为1份），2为实施例1（具体实施方式一中纳米石墨片为1份），3为实施例8（具体实施方式五中石墨烯为0.5份）。1和2的形状固定率均为100％，形状回复率为99％，3的形状固定率为99％，形状回复率为97％。
表1
图1为本发明片状纳米级石墨增强环氧树脂形状记忆复合材料的力学性能图。图中横坐标为环氧树脂中石墨烯含量，纵坐标为复合材料的拉伸强度和弹性模量；其中，方格图为拉伸强度，斜线图为弹性模量。从左到右为：未采用纳米石墨片增强的环氧树脂，实施例6得到的复合材料（具体实施方式五中石墨烯为1份），实施例7得到的复合材料（具体实施方式五中石墨烯为2份）。由图1可以看到，加入片状纳米级石墨后，材料的拉伸强度及弹性模量均有明显增加。
图2为本发明片状纳米级石墨增强环氧树脂形状记忆复合材料的动态热机械分析图谱。其中横坐标为温度，纵坐标为储能模量的对数；方块组成的曲线为实施例1（具体实施方式一中纳米石墨片为1份）；圆形组成的曲线为实施例8（具体实施方式五中石墨烯为0.5份）；三角组成的曲线为实施例6（具体实施方式五中石墨烯为1份）。这些材料的储能模量随温度变化均在三个数量级左右，说明复合材料的形状记忆性能良好，并具有较强的回复力。
本发明的形状记忆复合材料由纳米级石墨片和一定比例的固化剂（和增韧剂），环氧树脂复合而成。本发明提供的复合材料的制备方法包括：1、制备纳米级石墨片；2、石墨片分散在树脂中，加入固化剂（和增韧剂）后真空除气泡；3、加入到一定形状的模具中固化，脱模，得到形状记忆复合材料。
本发明的片状纳米级石墨增强形状记忆复合材料，其形状记忆温度在50～120℃之间并且可以通过不同配比进行调节；形状记忆固定率为95～100％，形状记忆回复率为95～100％。因此，本发明提供的形状记忆复合材料具有极宽的温度调节范围，其在拉伸强度，弹性模量以及形状记忆性能等方面表现出良好的实用性能。
Claims (10)
1.一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：热固性树脂、片状纳米级石墨增强材料和固化剂，其中，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：0.5～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：10～20。
2.一种纳米石墨片增强形状记忆复合材料，包括：热固性树脂、片状纳米级石墨增强材料、固化剂和增韧剂，其中，热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：0.5～4，热固性树脂和固化剂的重量比为100：10～20，热固性树脂和增韧剂的重量比为100：8～15。
3.根据权利要求1或2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料，其特征在于：所述的片状纳米级石墨增强材料为片状纳米级导电炭黑、片状纳米级石墨或具有纳米级别的石墨烯中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料，其特征在于：所述的热固性树脂为环氧树脂。
5.根据权利要求1或2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料，其特征在于：所述的固化剂为对二氨基二苯甲烷、间苯二甲胺和三乙醇胺中的一种或两种的混合物。
6.根据权利要求1或2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料，其特征在于：所述热固性树脂和片状纳米级石墨增强材料的重量比为100：1～4，所述热固性树脂和固化剂的重量比为100：15～20。
7.根据权利要求2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料，其特征在于：所述的增韧剂为新戊二醇二缩水甘油醚、碳12－14醇和丁二醇中的一种或两种的混合物。
8.权利要求1所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将片状纳米级石墨增强材料溶于溶剂中，加入分散剂进行分散后，加入热固性树脂；
（2）除去溶剂后，加入固化剂，加热熔融并混合均匀；
（3）真空除去气泡后，放入模具内固化，得到形状记忆复合材料。
9.权利要求2所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将片状纳米级石墨增强材料溶于溶剂中，加入分散剂进行分散后，加入热固性树脂；
（2）除去溶剂后，加入固化剂和增韧剂，加热熔融并混合均匀；
（3）真空除去气泡后，放入模具内固化，得到形状记忆复合材料。
10.根据权利要求8或9所述的纳米石墨片增强形状记忆复合材料的制备方法，其特征在于：所述的固化为在80℃固化2.5h，然后升温至150℃固化2.5h。
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