CN104277420B - 一种聚合物结构复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种聚合物结构复合材料及其制备方法：所述聚合物结构复合材料中填料在聚合物基体中的质量浓度为0.1～20ppm；所述填料为石墨烯、二氧化硅、碳纳米管、炭黑、氧化铝、氧化锌、碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、蒙脱土中的至少一种，所述聚合物基体为环氧树脂、不饱和树脂中的至少一种；制备方法如下：先将填料与适量的聚合物基体预先混合均匀形成母料，当聚合物基体中有环氧树脂时，需加入聚合物介质用以降低聚合物基体的粘稠度；取适量母料，按填料在聚合物基体中的质量浓度比将母料稀释到聚合物基体中，混合均匀，即得聚合物结构复合材料。本发明聚合物结构复合材料单分散性好，力学性能高；其制备方法简单易操作，易于工业化大批量的生产操作。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种聚合物结构复合材料及其制备方法。
【背景技术】
热固性树脂是一类具有三维网状结构的聚合物，通常由分子中含有两个或两个以上活性官能团的低聚物或低分子化合物在交联剂或催化剂存在下通过固化交联反应生成。热固性树脂单体或预聚物具有优良的流动加工性能，固化后的网状结构又使其具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐药品性能、粘结性能和热稳定性能等，因此，热固性树脂以胶粘剂、涂料、灌封材料和复合材料等形式广泛地应用于机械、电子电气、航空航天等技术领域中。然而，环氧与不饱和树脂由于固化后的交联密度高、内应力大，因此存在着质脆、耐疲劳性、耐热性、抗冲击韧性差等缺点，从而限制了它们在某些领域中的应用。
自2004年海姆组发现以来，其优异的是目前人类唯一能够获得的最薄的且能够在非支撑条件下稳定存在的二维晶体材料，石墨烯的比表面积可以高达2600m2/g；杨氏模量约为1100GPa；断裂强度为125GPa，室温下电子迁移率为200000cm2V－1S－1,导热率为5399m－ 1K－1，电阻率10－6CZ·cm，透光率97.7％，室温量子霍尔效应。同大多数纳米材料一样，石墨烯存在着在树脂中分散性较差，自身容易团聚，与树脂相容性较差的问题，因此使石墨烯均匀的分散在聚合物基体内为制备高性能石墨烯复合材料的关键。虽然目前制备石墨烯复合材料的制备方法较多，且石墨烯含量在TRGO0.05％、石墨烯含量为0.1％时复合材料性能部分提高，但是其含量还是相对较高使得石墨烯片层之间的距离很小，使得它们之间由于范德瓦耳斯力的存在趋向于堆叠在一起，致使单分散性及负载传递更困难。除此外，石墨烯在复合材料的均匀分散对最终复合材料的性能影响也至关重要。有人利用体积排斥原理，制备了渗滤值为0.0075％(75ppm)的聚苯乙烯纳米复合材料。
其它填料如碳纳米管，据有关报道当碳纳米管含量为0.1％时，其杨氏模量与断裂应力增强最好，虽然有关碳纳米管低含量的复合材料有见诸于报道，且最低含量为0.0025％(25ppm)，但是作者只是为了追求低渗滤值，且从其扫描图中仍可以看到团聚。当碳酸钙含量为4％时，其对环氧弯曲强度与冲击强度增强23.7％和39.3％，当碳酸钙含量为5％时，其对纯不饱和树脂的拉伸、弯曲、冲击强度都有所增加，且弯曲模量随着碳酸钙含量的增加而增加。当二氧化钛含量为10％时，其对纯环氧增强弹性模量增强为48％。当炭黑含量为4％时，不饱和树脂弯曲模量33％，冲击强度提高了87％。当蒙脱土含量为5％时，其对不饱和树脂的力学性能影响最大。当蒙脱土含量为1％时，其对环氧体系增强才最高达35％。当粘土含量为3％时，其对环氧拉伸强度与冲击强度分别增强30％、16％。当二氧化硅含量为3％时，其对环氧的力学性能增强最好。虽然目前已有很多的研究结果，但是，其填料的使用均以较高含量为主，不但浪费，且容易造成填料在复合材料中团聚的问题。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种聚合物结构复合材料，其单分散性好，力学性能高。
本发明是这样实现上述技术问题之一的：
一种聚合物结构复合材料，所述聚合物结构复合材料包括聚合物基体和填料，所述填料在聚合物基体中的质量浓度为0.1～20ppm。
进一步地，所述填料为石墨烯、二氧化硅、碳纳米管、炭黑、氧化铝、氧化锌、碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、蒙脱土中的至少一种。
进一步地，所述聚合物基体为环氧树脂、不饱和树脂中的至少一种。
本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种聚合物结构复合材料的制备方法，该方法简单易操作，易于工业化大批量的生产操作。
本发明是这样实现上述技术问题之二的：
一种聚合物结构复合材料的制备方法，所述聚合物结构复合材料包括聚合物基体和填料，所述填料在聚合物基体中的质量浓度为0.1～20ppm；所述聚合物基体环氧树脂、不饱和树脂中的至少一种；制备方法如下：
步骤一、先将填料与适量的聚合物基体预先混合均匀形成母料，当聚合物基体中有环氧树脂时，需加入聚合物分散介质用以降低聚合物基体的粘稠度；
步骤二、取适量母料，按填料在聚合物基体中的质量浓度比将母料稀释到聚合物基体中，混合均匀，即得聚合物结构复合材料。
进一步地，所述填料为石墨烯、二氧化硅、碳纳米管、炭黑、氧化铝、氧化锌、碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、蒙脱土中的至少一种。
进一步地，所述步骤一和步骤二中的混合方式为超声混合、磁力搅拌混合或球磨混合中的一种或多种方式配合混合。
进一步地，所述聚合物介质为丙酮、乙醇、丁酮、环己酮中的一种。
本发明具有如下优点：
现有技术中，由于填料易团聚而成为材料的应力集中点，制约了材料的应用，本发明通过微量填料增强法来增大聚合物与填料复合的机率来减少材料应力集中点，即利用降低填料含量来克服填料之间的团聚问题，使得填料均匀的分散在基体中的目的，使得填料稳定、均一分散于聚合物基体内，并且本发明聚合物结构复合材料只需很少的填料添加量，力学性能就可提高很多，因此所制备的聚合物结构复合材料单分散性好，力学性能高。另外，本发明方法简单易操作，易于工业化大批量的生产操作，如添加0.75ppm石墨烯后，环氧树脂的3060MPa提高到3900MPa，提高幅度达到28％。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例2中的石墨烯—环氧树脂结构复合材料的弹性模量图。
图2为本发明实施例2中的石墨烯—环氧树脂结构复合材料的拉伸强度图。
图3为本发明实施例22中的石墨烯碳纳米管环氧结构复合材料的杨氏模量图。
【具体实施方式】
请参阅图1～3所示，对本发明的实施例进行详细的说明。
本发明涉及一种聚合物结构复合材料，所述聚合物结构复合材料包括聚合物基体和填料，所述填料在聚合物基体中的质量浓度为0.1～20ppm。
所述填料为石墨烯、二氧化硅、碳纳米管、炭黑、氧化铝、氧化锌、碳酸钙、二氧化钛、滑石粉、蒙脱土中的至少一种。
所述聚合物基体为环氧树脂、不饱和树脂中的至少一种。
本发明还涉及上述一种聚合物结构复合材料的制备方法，如下：
步骤一、先将填料与适量的聚合物基体预先混合均匀形成母料，当聚合物基体中有环氧树脂时，需加入聚合物介质用以降低聚合物基体的粘稠度；
步骤二、取适量母料，按填料在聚合物基体中的质量浓度比将母料稀释到聚合物基体中，混合均匀，即得聚合物结构复合材料。
所述步骤一和步骤二中的混合方式为超声混合、磁力搅拌混合或球磨混合中的一种或多种方式配合混合。
所述聚合物介质为丙酮、乙醇、丁酮、环己酮中的一种。
本发明聚合物结构复合材料还可添加其他助剂，例如固化剂以便固化，色料以赋予其外观颜色等。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
应理解，本发明详述的上述实施方案，及以下实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的时间、投料量等也仅是合适范围中的一个示例，即、本领域技术人员可以通过本文的说明做合适的范围选择，而并非要限定于下文示例的具体数值。
实施例1：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取石墨烯0.004g，加入丙酮超声使其分散在39.996g环氧树脂内，通过超声2小时制得环氧树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g环氧树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到石墨烯—环氧树脂结构复合材料(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例2：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取石墨烯0.004g，加入丙酮超声使其分散在39.996g环氧树脂内，超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得环氧树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g环氧树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到石墨烯—环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为0.25～17.5ppm)。
图1为本发明实施例2中的石墨烯—环氧树脂结构复合材料的弹性模量图；图2为本发明实施例2中的石墨烯—环氧树脂结构复合材料的拉伸强度图。
由图1和2可知本发明制备的石墨烯—环氧树脂结构复合材料的弹性模量增强最高可达29.2％，拉伸强度增强22.7％。
实施例3：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取石墨烯0.004g，分散在39.06g不饱和树脂内，通过超声2小时制得不饱和树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g不饱和树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到石墨烯—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
以下表1是实施案例3中的不同石墨烯含量增强不饱和石不饱和树脂的弹性模量和拉伸性能表。
表1
| 0％ | 0.5ppm | 7ppm | |
| 弹性模量(Mpa) | 2980 | 3799 | 4283 |
| 拉伸强度(Mpa) | 30.4 | 55.8074 | 59.1071 |
由表1可得什么结论：当石墨烯含量仅为7ppm时就可使不饱和树脂弹性模量增强43.7％，拉伸强度增强94.4％，这说明石墨烯含量很少的时候可以有效增强不饱和树脂的拉伸性能。
实施例4：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取石墨烯0.004g，分散在39.06g不饱和树脂内，超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得不饱和树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g不饱和树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到石墨烯—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例5：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取二氧化硅0.004g，加入丙酮超声使其分散在39.06g环氧树脂内，通过超声2小时制得环氧树脂—二氧化硅母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g环氧树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到二氧化硅—环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例6：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取二氧化硅0.004g，加入丙酮超声使其分散在39.06g环氧树脂内，超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得环氧树脂—二氧化硅母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g环氧树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到二氧化硅—环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例7：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取碳黑0.004g，分散在39.06g不饱和树脂内，通过超声2小时制得不饱和树脂—碳黑母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g不饱和树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到碳黑—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例8：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取碳黑0.004g，分散在39.006g不饱和树脂内，超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得不饱和树脂—碳黑母料。称取母料0.1g～7g，超声分散在39.9g～30g不饱和树脂内中得混合液，将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到碳黑—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例9：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g石墨烯和49.95g环氧树脂，加入到20ml丙酮中，通过超声2小时制得环氧树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～10g，加入20ml丙酮，通过磁力搅拌将它们均匀分散在49.9～40g环氧树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与石墨烯质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得石墨烯-环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)。
实施例10：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g石墨烯和49.95g环氧树脂，加入到20ml丙酮中，超声使其均匀分散，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与石墨烯质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得环氧树脂—石墨烯母料。称取母料0.1g～10g，加入20ml丙酮，通过超声使它们均匀分散在49.9～40g环氧树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与石墨烯质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得到环氧树脂-石墨烯纳米结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)。
实施例11：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g碳酸钙和49.95g环氧树脂，加入到20ml丙酮中，通过超声2小时制得环氧树脂—碳酸钙母料。称取母料0.1g～10g，加入20ml丙酮，通过磁力搅拌将它们均匀分散在49.9～40g环氧树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳酸钙质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得碳酸钙-环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)
实施例12：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g碳酸钙和49.95g环氧树脂，加入到20ml丙酮中，超声使其均匀分散，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳酸钙质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得环氧树脂—碳酸钙母料。称取母料0.1g～10g，加入20ml丙酮，通过超声使它们均匀分散在49.9～40g环氧树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳酸钙质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得到环氧树脂-碳酸钙纳结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)。
实施例13：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g碳纳米管分散在49.95g不饱和树脂，超声2小时制得不饱和树脂—碳纳米管母料。称取母料0.1g～10g，通过磁力搅拌将它们均匀分散在49.9～40g不饱和树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳纳米管质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得碳纳米管-不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)。
实施例14：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取0.05g碳纳米管分散在49.95g不饱和树脂，准确称取0.05g碳纳米管分散在49.95g不饱和树脂内，超声30min使其均匀分散，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳纳米管质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得不饱和树脂—碳纳米管母料。称取母料0.1g～10g，通过超声使它们均匀分散在49.9～40g不饱和树脂中，把混合液移到装有氧化锆磨球的容积为400ml的搅拌式球磨机球磨罐内，氧化锆磨球与碳纳米管质量比约为2000:1，以200转/分钟的速度搅拌球磨6h，得到不饱和树脂-碳纳米管结构复合材料。(所得填料含量为：0.02～2ppm)。
实施例15：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取1g石墨烯和999g环氧树脂，加入丙酮，通过超声使它们均匀分散，再放入装有玛瑙磨球的容积为5000ml的卧式球磨机球磨罐内，玛瑙磨球与石墨烯质量比约为600:1，以300转/分钟的速度球磨50h，得到环氧树脂-石墨烯母液。称取母液1g～20g，加入500ml丙酮，通过磁力搅拌将它们均匀分散在999.0～980g环氧树脂中，把混合液再次移到装有玛瑙磨球的容积为5000ml的卧式球磨机球磨罐内，玛瑙磨球与石墨烯质量比约为600:1，以300转/分钟的速度球磨50h，得到环氧树脂-石墨烯结构复合材料。(所得填料含量为：1～20ppm)。
实施例16：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取1g石墨烯和999g环氧树脂，加入到500ml丙酮中，通过磁力搅拌将它们均匀分散，得到环氧树脂-石墨烯母液。称取母料1g～20g，加入500ml丙酮，通过磁力搅拌将它们均匀分散在999.0～980g环氧树脂中，把混合液移到装有玛瑙磨球的容积为5000ml的卧式球磨机球磨罐内，玛瑙磨球与石墨烯质量比约为600:1，以300转/分钟的速度球磨50h，得到环氧树脂-石墨烯结构复合材料。(所得填料含量为：1～20ppm)。
实施例17：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：将40g不饱和树脂与0.004g石墨烯混合，磁力加热搅拌30分钟制得混合液，将混合液从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，室温下连续剥离24小时制得母液。按比例称取母液0.1～7g母料分散在39.0～33g不饱和树脂中，再次从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，缓慢加入称好的母液，室温下连续剥离24小时，从出料辊收集混合物，得到石墨烯—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例18：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：将40g环氧树脂与0.004g石墨烯混合，磁力加热搅拌30分钟制得混合液，将混合液从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，室温下连续剥离24小时制得母液。按比例称取母液0.1～7g母料分散在39.0～33g环氧树脂中，再次从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，缓慢加入称好的母液，室温下连续剥离24小时，从出料辊收集混合物，得到石墨烯—环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例19：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：将40g不饱和树脂与0.004g滑石粉混合，磁力加热搅拌30分钟制得混合液，将混合液从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，室温下连续剥离24小时制得母液。按比例称取母液0.1～7g母料分散在39.0～33g不饱和树脂中，再次从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，缓慢加入称好的母液，室温下连续剥离24小时，从出料辊收集混合物，得到滑石粉—不饱和树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例20：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：将40g环氧树脂与0.004g二氧化钛混合，磁力加热搅拌30分钟制得混合液，将混合液从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，室温下连续剥离24小时制得母液。按比例称取母液0.1～7g母料分散在39.0～33g环氧树脂中，再次从进料辊和中间辊之间加入混合液，三辊机开始运转，待混合液在三辊上面平铺开来，缓慢加入称好的母液，室温下连续剥离24小时，从出料辊收集混合物，得到二氧化钛—环氧树脂结构复合材料。(所得填料含量为：0.25～17.5ppm)。
实施例21：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：准确称取石墨烯微片5.0g，通过机械搅拌将其均匀分散在500g不饱和树脂中，形成石墨烯悬浮液，将此悬浮液与氮化硅磨球一起装入容积为800mL的搅拌式球磨机球磨罐内，氮化硅磨球与石墨烯之间的重量比约为13000∶1，以300转/分钟的转速球磨60小时制得母液，按比例称取母液0.1g～1g与不饱和树脂再次放入搅拌时球磨机球磨灌内球磨60小时得到不饱和树脂—石墨烯结构复合材料。(所得填料含量为：2～20ppm)。
实施例22：
一种制备聚合物结构复合材料的方法，通过如下方案实现：分别准确称取石墨烯、碳纳米管0.004g，加入丙酮超声使其分散在39.996g环氧树脂内，超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得环氧树脂—石墨烯母料与环氧树脂—碳纳米管母料。称取石墨烯母料0.1～10g与7g碳纳米管母料混合，分别加入33.9～23g环氧树脂超声30min后将此混合液与氧化锆球一起装入容积为100ml的聚四氟乙烯球磨罐中，每份中，氧化锆磨球与混合液质量比为6.25:1，球的直径为1mm～4mm，将装有混合液的聚四氟乙烯球磨罐对称放入行星球磨机中以300转/分钟的转速球磨24小时，得到石墨烯碳纳米管环氧结构复合材料。
图3为本发明实施例22中的石墨烯碳纳米管环氧结构复合材料的杨氏模量图，由图3可知，当石墨烯含量为7.5ppm时，结构复合材料弹性模量为4761.3669Mpa，相比纯环氧增强了55.95％、这说明越低含量的石墨烯可以有效地增强碳纳米管环氧结构复合材料。
现有技术中，由于填料易团聚而成为材料的应力集中点，制约了材料的应用，本发明通过微量填料增强法来增大聚合物与填料复合的机率来减少材料应力集中点，即利用降低填料含量来克服填料之间的团聚问题，使得填料均匀的分散在基体中的目的，使得填料稳定、均一分散于聚合物基体内，并且本发明聚合物结构复合材料只需很少的填料添加量，力学性能就可提高很多，因此所制备的聚合物结构复合材料单分散性好，力学性能高。另外，本发明方法简单易操作，易于工业化大批量的生产操作。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种聚合物复合材料，其特征在于：所述聚合物复合材料包括聚合物基体和填料，所述填料在聚合物基体中的质量浓度为0.1～7ppm；
所述填料为石墨烯；
所述聚合物基体为环氧树脂、不饱和树脂中的至少一种；
所述聚合物复合材料的制备方法如下：
步骤一、先将填料与适量的聚合物基体预先混合均匀形成母料，当聚合物基体中有环氧树脂时，需加入聚合物介质用以降低聚合物基体的粘稠度；所述聚合物介质为丙酮、乙醇、丁酮、环己酮中的一种；
步骤二、取适量母料，按填料在聚合物基体中的质量浓度比将母料稀释到聚合物基体中，混合均匀，即得聚合物复合材料。
2.如权利要求1所述的一种聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一和步骤二中的混合方式为超声混合、磁力搅拌混合或球磨混合中的一种或多种方式配合混合。
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