CN108530841A - 一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法 - Google Patents

一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功能化石墨烯‑碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，将石墨烯粉末、二环己基碳二亚胺加入偶联剂中超声分散，加热反应，冷却后离心、洗涤、真空干燥得功能化石墨烯；将多壁碳纳米管加入混酸中，超声回流，减压抽滤，加入N‑N二甲基乙酰胺中，超声振荡，再加入环氧树脂混合溶解，加热搅拌，降温后抽滤得到功能化碳纳米管；把功能化石墨烯、碳纳米管分散到丙酮中超声得组分A；将纳米氧化铝、亲水性纳米氧化硅和环氧树脂用研磨机混合得组分B；将两组分混匀，超声处理，放入烘箱中除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌真空脱泡；将所得环氧混合物注入模具中，在真空烘箱中固化成型，冷却得环氧树脂复合材料。

Description

一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及树脂领域，具体涉及一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法。
背景技术
传统溶剂型防腐涂料存在孔隙率高、疏水性差、涂层强度较低等问题，传统涂料中掺杂纳米粒子是降低孔隙率、提高疏水性和改善涂层强度的一种常用方法。石墨烯是一种二维蜂窝状碳纳米材料，具有较大的比表面积、高致密性和化学惰性，对腐蚀介质具有较强的物理屏蔽性能，在有机涂料中掺杂石墨烯可以有效地提高涂料的耐腐蚀性能。然而，石墨烯在涂料中分散性低，容易发生团聚，产生点蚀坑，破坏涂层结构。为了提高石墨烯的分散性，本发明采用一步水热法制备改性石墨烯水性环氧树脂涂料，以期提高复合涂料的防腐性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，依照该工艺制备的树脂具有良好的韧性和击穿强度。
一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）有机硅烷修饰石墨烯的合成：
将0.1-0.2份黑色石墨烯粉末、0.05-0.1份二环己基碳二亚胺加入到47-50份硅烷偶联剂中，超声分散1-2h后，在74-76℃下反应10-12h，冷却后离心、洗涤、真空干燥，得到有机硅烷修饰石墨烯粉末；
（2）碳纳米管的表面修饰：
将0.1-0.2份多壁碳纳米管加入混酸中，在78-82℃水浴中超声回流1-2h，减压抽滤，将所得酸化的碳纳米管加入N-N二甲基乙酰胺中，超声振荡均匀，再加入1-2份环氧树脂混合溶解，在78-82℃下搅拌36-40h，降至室温后进行抽滤，得到环氧基功能化碳纳米管；
（3）环氧树脂复合材料的制备：
把(1)、(2)中所得物料分散到78-85份丙酮中，用细胞粉碎机超声处理1-2h得组分A；将4-5份纳米氧化铝、2-4份亲水性纳米氧化硅和90-100份环氧树脂用三辊研磨机混合三次得组分B；将组分A、B混合搅拌均匀，用细胞粉碎机超声处理1-2h，放入80-82℃烘箱中处理20-24h去除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌下真空脱泡；
在模具表面涂上脱模剂，放入真空烘箱预热，取出模具再涂一层脱模剂，将所得环氧混合物注入模具中，放入160-163℃真空烘箱中9-10h固化成型，冷却至室温，得到所述环氧树脂复合材料。
其中，步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550。
步骤（2）（3）中环氧树脂为双酚-A型环氧树脂E51。
步骤（3）中固化剂为二乙基甲苯二胺或甲基六氢苯酐，促进剂为吡啶。
本发明的反应机理如下：
利用硅烷偶联剂KH570与石墨烯发生脱水缩合反应，得到硅烷化改性石墨烯，用其对环氧树脂进行开环反应，制得复合材料，硅烷偶联剂通过化学键把石
墨烯和环氧树脂连接起来，增强两相间的相互作用力；采用环氧基功能化碳纳米管改性环氧树脂，环氧基功能化碳纳米管与环氧树脂基体作用力强，可提高复合材料的冲击强度、弯曲强度，改善环氧树脂的韧性；添加纳米氧化铝颗粒、水性纳米氧化硅颗粒可增强环氧树脂的击穿强度。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例
一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）有机硅烷修饰石墨烯的合成：
将0.1kg黑色石墨烯粉末、0.05kg二环己基碳二亚胺加入到47kg硅烷偶联剂中，超声分散1h后，在74-76℃下反应10h，冷却后离心、洗涤、真空干燥，得到有机硅烷修饰石墨烯粉末；
（2）碳纳米管的表面修饰：
将0.1kg多壁碳纳米管加入混酸中，在78-82℃水浴中超声回流1h，减压抽滤，将所得酸化的碳纳米管加入N-N二甲基乙酰胺中，超声振荡均匀，再加入1kg环氧树脂混合溶解，在78-82℃下搅拌36h，降至室温后进行抽滤，得到环氧基功能化碳纳米管；
（3）环氧树脂复合材料的制备：
把(1)、(2)中所得物料分散到78kg丙酮中，用细胞粉碎机超声处理1h得组分A；将4kg纳米氧化铝、2kg亲水性纳米氧化硅和90kg环氧树脂用三辊研磨机混合三次得组分B；将组分A、B混合搅拌均匀，用细胞粉碎机超声处理1h，放入80-82℃烘箱中处理20h去除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌下真空脱泡；
在模具表面涂上脱模剂，放入真空烘箱预热，取出模具再涂一层脱模剂，将所得环氧混合物注入模具中，放入160-163℃真空烘箱中9h固化成型，冷却至室温，得到所述环氧树脂复合材料。
其中，步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550。
步骤（2）（3）中环氧树脂为双酚-A型环氧树脂E51。
步骤（3）中固化剂为二乙基甲苯二胺或甲基六氢苯酐，促进剂为吡啶。

Claims (5)

1.一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，将石墨烯粉末、二环己基碳二亚胺加入偶联剂中超声分散，加热反应，冷却后离心、洗涤、真空干燥得功能化石墨烯；将多壁碳纳米管加入混酸中，超声回流，减压抽滤，加入N-N二甲基乙酰胺中，超声振荡，再加入环氧树脂混合溶解，加热搅拌，降温后抽滤得到功能化碳纳米管；把功能化石墨烯、碳纳米管分散到丙酮中超声得组分A；将纳米氧化铝、亲水性纳米氧化硅和环氧树脂用研磨机混合得组分B；将两组分混匀，超声处理，放入烘箱中除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌真空脱泡；将所得环氧混合物注入模具中，在真空烘箱中固化成型，冷却至室温得到环氧树脂复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）有机硅烷修饰石墨烯的合成：
将0.1-0.2份黑色石墨烯粉末、0.05-0.1份二环己基碳二亚胺加入到47-50份硅烷偶联剂中，超声分散1-2h后，在74-76℃下反应10-12h，冷却后离心、洗涤、真空干燥，得到有机硅烷修饰石墨烯粉末；
（2）碳纳米管的表面修饰：
将0.1-0.2份多壁碳纳米管加入混酸中，在78-82℃水浴中超声回流1-2h，减压抽滤，将所得酸化的碳纳米管加入N-N二甲基乙酰胺中，超声振荡均匀，再加入1-2份环氧树脂混合溶解，在78-82℃下搅拌36-40h，降至室温后进行抽滤，得到环氧基功能化碳纳米管；
（3）环氧树脂复合材料的制备：
把(1)、(2)中所得物料分散到78-85份丙酮中，用细胞粉碎机超声处理1-2h得组分A；将4-5份纳米氧化铝、2-4份亲水性纳米氧化硅和90-100份环氧树脂用三辊研磨机混合三次得组分B；将组分A、B混合搅拌均匀，用细胞粉碎机超声处理1-2h，放入80-82℃烘箱中处理20-24h去除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌下真空脱泡；
在模具表面涂上脱模剂，放入真空烘箱预热，取出模具再涂一层脱模剂，将所得环氧混合物注入模具中，放入160-163℃真空烘箱中9-10h固化成型，冷却至室温，得到所述环氧树脂复合材料。
3.根据权利要求2所述的一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550。
4.根据权利要求2所述的一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）（3）中环氧树脂为双酚-A型环氧树脂E51。
5.根据权利要求2所述的一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中固化剂为二乙基甲苯二胺或甲基六氢苯酐，促进剂为吡啶。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113620284A (zh) * 2021-08-06 2021-11-09 深圳德夏科技发展有限公司 复合薄膜制备方法、复合薄膜及应用
CN114456546A (zh) * 2022-03-15 2022-05-10 广州惠利电子材料有限公司 一种改性环氧树脂及其制备方法
CN115558448A (zh) * 2022-10-13 2023-01-03 李芳� 一种环氧导热结构胶及其制备方法、应用

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