CN111944273A - 一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，所述制备方法包括对所述三维石墨烯网络用脂环族环氧树脂进行功能化处理，然后通过真空袋压法制备石墨烯/环氧树脂复合材料的步骤。本发明技术方案通过采用真空袋压法制备改性三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料，增加了石墨烯在环氧树脂基体中的分散以及石墨烯与环氧树脂的界面结合力，且在环氧树脂基体中构筑完整石墨烯网络，增强了复合材料导电导热性能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯复合材料技术领域，具体涉及一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法。
背景技术
环氧树脂是指分子中含有2个或2个以上环氧基团的有机高分子化合物，因其硬度高，固化收缩性小，粘结力强及易加工等特点，被广泛应用于轻工、航空航天及一些增强结构件等领域。当环氧树脂固化后，交联密度变大，分子链活动能力减小，材料的韧性降低，使得环氧树脂脆性加大且易开裂，制备出的复合材料的导电导热、抗冲击能力及抗剥离等性能变差，限制其应用范围。
石墨烯是一种由单层原子紧密堆积排列且具有二维蜂窝状结构的材料，它以优异的性能(比表面积2630m2/g、电子迁移率达到2×105cm2/V/s、热导率约为5000W/m/K等)而广泛应用于电容导体、能源电池、传感元器件等领域。以石墨烯为填料可改善或赋予聚合物导电、导热及力学性能。近年来，石墨烯用于环氧树脂改进其导电性、力学性能、导热性和阻燃性等的研究不断增多，石墨烯对环氧树脂的性能明显提高。
常用制备石墨烯/环氧树脂复合材料的方法主要有机械共混法、溶液共混法及胶体共混法等，机械共混法制备石墨烯/环氧树脂复合材料工艺简单、易于大规模生产，但石墨烯在环氧树脂基体中的分散性及石墨烯与环氧树脂的界面作用力难以增加，大大降低了石墨烯在基体中的利用率；溶液共混法制备的复合材料会造成大量的有机废液；胶体共混法会造成复合材料孔隙、空洞等缺陷，影响复合材料的性能。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，用以解决现有石墨烯/环氧树脂复合材料及其制备方法中的上述各种缺陷。
具体来说，为了增强石墨烯在环氧树脂基体中的分散性及石墨烯与环氧树脂的界面作用，减少石墨烯/环氧树脂复合材料的孔隙、空洞等缺陷，本发明技术方案利用改性后的三维石墨烯网络的均匀结构来实现石墨烯在环氧树脂基体中的均匀分散及石墨烯与环氧树脂的界面作用，并使得通过现有的纤维增强树脂常用的成型方法如真空袋压法，能够实现获得无缺陷复合材料的目的。
为实现上述目的，本发明实施例的一个方面提供一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，所述制备方法包括对所述三维石墨烯网络用脂环族环氧树脂进行功能化处理，然后通过真空袋压法制备石墨烯/环氧树脂复合材料的步骤。
三维石墨烯网络是一类新型碳基体相材料，它通常具有三维微纳结构，且石墨烯网络孔洞结构分散均匀，利于真空袋压法制备石墨烯/环氧树脂复合材料。为此，本发明技术方案采用真空袋压法制备改性三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料，增加了石墨烯在环氧树脂基体中的分散以及石墨烯与环氧树脂的界面结合力，且在环氧树脂基体中构筑完整石墨烯网络，增强了复合材料导电导热性能。
进一步的，所述制备方法包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备；
(2)三维石墨烯网络的制备；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备；以及
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备。
进一步的，步骤(1)包括：将鳞片石墨与浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1～1.5h；然后加入高锰酸钾，反应1～1.5h；接着升温至40～45℃，反应1～1.5h；再升温至85～90℃，反应1～1.5h，其后，分三次将去离子水加入到反应混合物中，然后加入双氧水至反应物变为黄色，待反应物冷却后，先用稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯。
优选地，步骤(1)中所述浓硫酸的浓度为98wt％，鳞片石墨为200～300目，鳞片石墨与浓硫酸的配比为1g:20ml～1g:30ml，高锰酸钾与浓硫酸的配比为1g:4ml～1g:6ml，优选1g:5ml；加入的去离子水总量与浓硫酸的体积比为6:1～7:1，双氧水浓度为30wt％，稀盐酸浓度为2wt％～3wt％。
进一步的，步骤(2)包括：将所述氧化石墨烯与去离子水配置成水溶液，并超声震荡2～4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在90～200℃下处理2～24h，得到氧化石墨烯水凝胶；将氧化石墨烯水凝胶放入到水合肼水溶液中，在90～100℃浸泡24～48h，冷冻干燥；将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在90～100℃干燥8～12h，得到三维石墨烯网络。
优选地，步骤(2)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～50mg/ml，优选15～35mg/ml；所述水合肼水溶液中的水合肼与氧化石墨烯的质量比为10:7～10:10。
优选地，所述水合肼水溶液的浓度为40wt％～80wt％，优选65wt％～72wt％。
进一步的，步骤(3)包括：将所述三维石墨烯网络浸没在稀盐酸溶液中1～4h后，在60～80℃干燥1～4h，然后将三维石墨烯网络浸没在脂环族环氧树脂的DMF(二甲基甲酰胺)溶液中2～5min，取出经浸没处理的三维石墨烯网络于真空干燥箱中100～110℃下干燥6～12h，得到功能化三维石墨烯网络。
所述脂环族环氧树脂含有脂环结构，脂环结构的骨架直接作用在环氧树脂内部作为基团结构；因为脂环族环氧树脂分子结构中的环氧基不是来自环氧丙烷，而是直接连接在脂环上，所以相对于双酚A型环氧树脂，脂环族环氧树脂在热稳定性、耐候性和电绝缘性上具有较佳的表现，另外其固化性及固化成品的物性也显示出不同的特点。
在一个优选实施方案中，所述脂环族环氧树脂可以为例如日本大赛璐生产的2000系列脂环族环氧树脂，例如CELLOXIDE 2021P环氧树脂。
优选的，步骤(3)中所述稀盐酸的浓度为4wt％～8wt％，所述脂环族环氧树脂在DMF溶液中的浓度为0.1g/ml～0.3g/ml。
进一步的，步骤(4)包括：在功能化三维石墨烯网络的表面均匀涂敷环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络表面上覆上脱膜布并用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，在120～130℃下对体系抽真空至热固化结束，固化1～2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即得到功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
优选的，步骤(4)中所述功能化三维石墨烯网络为长方体、正方体或圆柱体等，以适应模具形状，或者为制品结构件；
涂覆环氧树脂的表面为所述功能化三维石墨烯网络的全部表面或部分表面，例如长方体、正方体相对或相邻的两个表面，或者圆柱体的侧面；
涂覆的环氧树脂为预浸料系列环氧树脂，例如上海惠博新材料科技有限公司的WP-L5100、WP-S1000、WP-S3000、WP-S5000等预浸料系列环氧树脂，江苏恒神公司的EM105、EM106、EM107等预浸料系列环氧树脂及广州博汇新材料科技股份有限公司的4103、4105、4106等预浸料系列环氧树脂。
利用氧化石墨烯制备三维石墨烯网络，经过改性处理后，增强了三维石墨烯网络与环氧树脂的界面作用，并提高了复合材料的玻璃化转变温度。由于采用的脂环族环氧树脂使改性后的三维石墨烯网络带有环氧基团(如图1所示)，在热固化过程中，能有效与环氧树脂预浸料形成交联。
本发明利用经改性后的三维石墨烯网络，采用真空层压树脂浸渍的方法制备出石墨烯/环氧树脂复合材料，复合材料的导电导热及强度等性能相对于现有技术有明显提高。
本发明实施例具有如下优点：
1、利用三维石墨烯网络与环氧树脂预浸料的方式制备石墨烯/环氧树脂复合材料，提高石墨烯在环氧树脂基体中分散性及利用率，降低了制品成本；
2、采用三维石墨烯网络与预浸料环氧树脂制备的复合材料中，石墨烯在环氧树脂基体中形成完整的三维网络，有利于电子、声子等的传输，提高了复合材料的导热、导电及力学性能；
3、便于推广和扩大生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的三维石墨烯网络通过脂环族环氧树脂进行改性的原理示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，
得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为69wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出10×5×2cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷WP-L5100预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，120℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
实施例2
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，
得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为72wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出π×42×8cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷WP-S5000预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，120℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
实施例3
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为65wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出10×8×4cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷EM107预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，125℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
实施例4
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为69wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出20×10×4cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷WP-S1000预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，120℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
实施例5
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为68wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出20×10×2cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷4106预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，125℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
实施例6
一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备：将1g鳞片石墨与30ml浓度为98wt％的浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1h；然后加入6g高锰酸钾，反应1h后；升温至40℃，反应1h，最后升温至90℃，反应1h，分三次将200ml去离子水加入到反应混合物中，然后加入10ml浓度为30％的双氧水，待反应物冷却后，先用3％稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯；
(2)三维石墨烯网络的制备：将氧化石墨烯与去离子水配置成10mg/ml的水溶液，并超声震荡4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液，将配置好的氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在120℃下处理12h，制备出氧化石墨烯水凝胶，将制备出的氧化石墨烯水凝胶放入到浓度为70wt％的水合肼溶液中，95℃，浸泡24h，冷冻干燥，将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在100℃干燥12h，得到均匀结构的三维石墨烯网络；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备：将步骤(2)制备的三维石墨烯网络，浸没在稀盐酸溶液中1h后，在80℃干燥2h后，将三维石墨烯网络浸没在树脂2021P的DMF溶液中5min，取出三维石墨烯网络于真空干燥箱中110℃下12h，即得到2021P功能化的三维石墨烯网络；
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备：根据步骤(3)所述方法制备出20×10×4cm3的功能化三维石墨烯网络，将功能化三维石墨烯网络的周围或两面均匀涂敷EM106预浸环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络上覆上脱膜布，最后将覆有树脂的功能化三维石墨烯网络用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，125℃，并对体系抽真空至热固化结束，固化2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即制得功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
本发明上述实施例利用经改性后的三维石墨烯网络，采用真空层压树脂浸渍的方法制备出石墨烯/环氧树脂复合材料，复合材料的导电导热及强度等性能相对于现有技术有明显提高。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种环氧树脂浸渍三维石墨烯网络复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括对所述三维石墨烯网络用脂环族环氧树脂进行功能化处理，然后通过真空袋压法制备石墨烯/环氧树脂复合材料的步骤。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括下列步骤：
(1)氧化石墨烯的制备；
(2)三维石墨烯网络的制备；
(3)功能化三维石墨烯网络的制备；以及
(4)功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料的制备。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)包括：将鳞片石墨与浓硫酸共混，并在冰水浴中搅拌1～1.5h；然后加入高锰酸钾，反应1～1.5h；接着升温至40～45℃，反应1～1.5h；再升温至85～90℃，反应1～1.5h，其后，分三次将去离子水加入到反应混合物中，然后加入双氧水至反应物变为黄色，待反应物冷却后，先用稀盐酸清洗，再用去离子水清洗，经离心、干燥后，得到氧化石墨烯。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述浓硫酸的浓度为98wt％，鳞片石墨为200～300目，鳞片石墨与浓硫酸的配比为1g:20ml～1g:30ml，高锰酸钾与浓硫酸的配比为1g:4ml～1g:6ml，优选1g:5ml；加入的去离子水总量与浓硫酸的体积比为6:1～7:1，双氧水浓度为30wt％，稀盐酸浓度为2wt％～3wt％。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)包括：将所述氧化石墨烯与去离子水配置成水溶液，并超声震荡2～4h，得到分散良好的氧化石墨烯水溶液；将氧化石墨烯水溶液加入水热釜中，在90～200℃下处理2～24h，得到氧化石墨烯水凝胶；将氧化石墨烯水凝胶放入到水合肼水溶液中，在90～100℃浸泡24～48h，冷冻干燥；将冷冻干燥后的三维石墨烯网络，在90～100℃干燥8～12h，得到三维石墨烯网络。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述氧化石墨烯水溶液的浓度为0.1～50mg/ml；所述水合肼水溶液中的水合肼与氧化石墨烯的质量比为10:7～10:10；所述水合肼水溶液的浓度为40wt％～80wt％。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括：将所述三维石墨烯网络浸没在稀盐酸溶液中1～4h后，在60～80℃干燥1～4h，然后将三维石墨烯网络浸没在脂环族环氧树脂的DMF溶液中2～5min，取出经浸没处理的三维石墨烯网络于真空干燥箱中100～110℃下干燥6～12h，得到功能化三维石墨烯网络。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述稀盐酸的浓度为4wt％～8wt％，所述脂环族环氧树脂在DMF溶液中的浓度为0.1g/ml～0.3g/ml。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)包括：在功能化三维石墨烯网络的表面均匀涂敷环氧树脂，然后在涂敷有环氧树脂的功能化三维石墨烯网络表面上覆上脱膜布并用密封袋封住，将密封袋置于鼓风干燥箱中，在120～130℃下对体系抽真空至热固化结束，固化1～2h后，自然冷却至室温，脱去脱膜布，即得到功能化三维石墨烯网络/环氧树脂复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述功能化三维石墨烯网络为长方体、正方体或圆柱体，或者为制品结构件；涂覆环氧树脂的表面为所述功能化三维石墨烯网络的全部表面或部分表面；涂覆的环氧树脂为预浸料系列环氧树脂。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113402750A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-17 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法 |
| CN114798378A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-29 | 亳州市亚珠新材料有限公司 | 一种碳片及其铝硅复合材料 |
| CN116814045A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-09-29 | 同宇新材料(广东)股份有限公司 | 一种通讯器材用的环氧树脂组合物及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105197918A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-30 | 湖北工业大学 | 一种高质量石墨烯及其快速制备方法 |
| CN106280273A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-01-04 | 过冬 | 一种石墨烯/环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN106976869A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-25 | 同济大学 | 一种三维套筒状石墨烯及其制备方法 |
| JP2017190379A (ja) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | 東邦テナックス株式会社 | プリプレグ、強化繊維、繊維強化複合材料、およびプリプレグの製造方法 |
| US20180290339A1 (en) * | 2015-09-28 | 2018-10-11 | Toray Industries, Inc. | Prepreg with variable cure rate resin composition |
| CN109369832A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-02-22 | 台州学院 | 一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法 |
| CN110511535A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-11-29 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种石墨烯微球/环氧树脂复合材料及其制备方法 |
-
2020
- 2020-07-31 CN CN202010762472.6A patent/CN111944273A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20180290339A1 (en) * | 2015-09-28 | 2018-10-11 | Toray Industries, Inc. | Prepreg with variable cure rate resin composition |
| CN105197918A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-30 | 湖北工业大学 | 一种高质量石墨烯及其快速制备方法 |
| JP2017190379A (ja) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | 東邦テナックス株式会社 | プリプレグ、強化繊維、繊維強化複合材料、およびプリプレグの製造方法 |
| CN106280273A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-01-04 | 过冬 | 一种石墨烯/环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN106976869A (zh) * | 2017-04-26 | 2017-07-25 | 同济大学 | 一种三维套筒状石墨烯及其制备方法 |
| CN110511535A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-11-29 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 一种石墨烯微球/环氧树脂复合材料及其制备方法 |
| CN109369832A (zh) * | 2018-09-15 | 2019-02-22 | 台州学院 | 一种石墨烯聚氯乙烯树脂复合材料的制备方法 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113402750A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-09-17 | 中国航发北京航空材料研究院 | 一种具有三维网络结构的石墨烯预浸料的制备方法 |
| CN114798378A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-29 | 亳州市亚珠新材料有限公司 | 一种碳片及其铝硅复合材料 |
| CN116814045A (zh) * | 2023-07-27 | 2023-09-29 | 同宇新材料(广东)股份有限公司 | 一种通讯器材用的环氧树脂组合物及其制备方法 |
| CN116814045B (zh) * | 2023-07-27 | 2024-01-26 | 同宇新材料(广东)股份有限公司 | 一种通讯器材用的环氧树脂组合物及其制备方法 |
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