CN108530834B - 石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法 - Google Patents

石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种石墨烯‑环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)质量份数计，双酚A类环氧树脂20～60份，环氧氯丙烷80～100份，0.5～0.7mg/mL的石墨烯2～7份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌30～40min，温度50～70℃，静止1～2H分层，将上层溶液倒出；2)步骤1)中的下层溶液继续反应，保持温度80～150℃，高速搅拌反应6～8H；3)在步骤2)的条件下加入4～10份的双氰胺固化剂，脲类促进剂0.2～1份，混合搅拌均匀，80℃温度条件下真空固化1～2H，100℃温度条件下真空固化1～2H，在150℃温度条件下真空固化2～4H，得到固化的石墨烯‑环氧树脂复合材料。制备出的石墨烯‑环氧树脂复合材料具有分散性好、电导率高、硬度大的优点。

Description

石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及电器材料领域，具体涉及一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法。
背景技术
环氧树脂是指在一个分子结构中，含有两个以上的环氧基团的一类聚合物总称。由于环氧基的化学活性，可用多种含有活泼氢的化合物使其开环，固化交联生成网状结构，固化后的环氧树脂具有绝缘性能高、结构强度大和密封性能好等许多独特的优点，已在高低压电器、电机和电子元器件的绝缘及封装上得到广泛应用，发展很快。而中温固化环氧树脂体系更是具有成型温度低、成型周期短、对工装模具要求不严、制件内应力小、尺寸稳定性好、抗断裂韧性高等优点，可显著降低能耗和制作成本，提高生产效率而广泛应用于复合材料技术领域。但其存在脆性大、韧性不足等缺点，并且由于本身电导率低下导致满足不了抗静电的需求。
石墨烯(Graphene)具有蜂巢状的晶体结构，是目前世界上最薄的材料——单原子厚度的材料，石墨烯是构成其他碳纳米材料的基本单元：可以卷曲形成一维结构的碳纳米管，也可以折叠成笼状的富勒烯，还可以堆垛形成石墨。石墨烯独特的二维晶体结构赋予了石墨烯优异的光学、电学、力学和热学性能，使得石墨烯可以应用在光电材料、传感和探测器、储能材料及聚合物复合材料等领域。但是石墨烯由于其超大的比表面积以及完善的晶体结构，使得它无论在有机溶剂还是聚合物基体中都难易分散，这些缺点严重限制了其应用与发展。
发明内容
本发明提供一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，制备出的石墨烯-环氧树脂复合材料具有分散性好、电导率高、硬度大的优点。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)质量份数计，双酚A类环氧树脂20～60份，环氧氯丙烷80～100份，0.5～0.7mg/mL的石墨烯2～7份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌30～40min，温度50～70℃，静止1～2H分层，将上层溶液倒出；
2)步骤1)中的下层溶液继续反应，保持温度80～150℃，高速搅拌反应6～8H；
3)在步骤2)的条件下加入4～10份的双氰胺固化剂，脲类促进剂0.2～1份，混合搅拌均匀，80℃温度条件下真空固化1～2H，100℃温度条件下真空固化1～2H，在150℃温度条件下真空固化2～4H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。
为了进一步的实现发明目的，步骤3)中的混合物经过超声分散均匀后真空固化，超声分散1～2H。
进一步的，所述的超声分散时的温度控制在65～70℃。
进一步的，步骤3)中的3um≤双氰胺固化剂的粒度≤7um，纯度≥97％。
与现有技术相比，石墨烯浓度过高或过低都会影响环氧树脂的热性能，本发明采用起始阶段加入0.5～0.7mg/mL的石墨烯，此浓度条件下的石墨烯与环氧树脂反应可以使石墨烯表面充分吸附环氧树脂，再通过固化前进行超声分散，使石墨烯在环氧树脂基体中可实现充分的分散，避免团聚，本发明在固化阶段分三个阶段进行固化，采用真空条件固化，减少了固化的缺陷，固化后的石墨烯-环氧树脂的硬度提升约60％，拉伸强度提高约30％，且本发明的反应后的上层溶液可回收利用，节约资源，操作方便，实验证明，通过本法制得的墨烯-环氧树脂的导电率提高约40％，特别适合制备抗静电材料。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
质量份数计，双酚A类环氧树脂20份，环氧氯丙烷80份，0.5mg/mL的石墨烯2份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌30min，温度50℃，静止1H分层，将上层溶液倒出；下层溶液继续反应，高速搅拌反应6H，降温至65℃，超声分散1H均匀后固化，加入4份的纯度为97％双氰胺固化剂进行固化，双氰胺固化剂的粒度为3um，脲类促进剂0.2份，混合搅拌均匀，真空条件下固化，80℃温度条件下固化1H，100℃温度条件下固化1H，在150℃温度条件下固化2H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。详细数据见表1。
实施例2
质量份数计，双酚A类环氧树脂60份，环氧氯丙烷100份，0.7mg/mL的石墨烯7份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌40min，温度70℃，静止2H分层，将上层溶液倒出；下层溶液继续反应，高速搅拌反应8H，降温至70℃，超声分散2H均匀后固化，加入10份的纯度为98％双氰胺固化剂进行固化，双氰胺固化剂的粒度为7um，脲类促进剂1份，混合搅拌均匀，真空条件下固化，80℃温度条件下固化2H，100℃温度条件下固化2H，在150℃温度条件下固化4H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。详细数据见表1。
实施例3
质量份数计，双酚A类环氧树脂40份，环氧氯丙烷90份，0.6mg/mL的石墨烯4份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌35min，温度60℃，静止1.5H分层，将上层溶液倒出；下层溶液继续反应，，高速搅拌反应7H，降温至68℃，超声分散1.5H均匀后固化，加入7份的纯度为97％双氰胺固化剂进行固化，双氰胺固化剂的粒度为5um，脲类促进剂0.6份，混合搅拌均匀，真空条件下固化，80℃温度条件下固化1.5H，100℃温度条件下固化1.5H，在150℃温度条件下固化3H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。详细数据见表1。
对照例
质量分数计，双酚A类环氧树脂40份，环氧氯丙烷90份，1.0mg/mL的石墨烯4份，放入反应釜中搅拌均匀，加入7份的纯度为96％双氰胺固化剂进行固化，脲类促进剂0.6份，混合搅拌均匀，120℃固化3H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料。详细数据见表1。
表1
从表1可知，本发明制得的石墨烯-环氧树脂复合材料拉伸强度、硬度、体积电阻率明显改善，体积电阻率的降低，有利于做成防静电材料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种石墨烯-环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)质量份数计，双酚A类环氧树脂20～60份，环氧氯丙烷80～100份，0.5～0.7mg/mL的石墨烯2～7份放入反应釜中搅拌均匀，搅拌30～40min，温度50～70℃，静止1～2H分层，将上层溶液倒出；
2)步骤1)中的下层溶液继续反应，保持温度80～150℃，高速搅拌反应6～8H；
3)在步骤2)的条件下加入4～10份的双氰胺固化剂，脲类促进剂0.2～1份，混合搅拌均匀，80℃温度条件下真空固化1～2H，100℃温度条件下真空固化1～2H，在150℃温度条件下真空固化2～4H，得到固化的石墨烯-环氧树脂复合材料；
步骤3)中的混合物经过超声分散均匀后固化，超声分散1～2H；
所述的超声分散时的温度控制在65～70℃；
步骤3)中的3um≤双氰胺固化剂的粒度≤7um，纯度≥97％。
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