一種苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法
【專利說明】一種苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0003]石墨烯是首個(gè)實(shí)現(xiàn)的單原子厚度的二維碳原子晶體，也是性能優(yōu)異的新型納米復(fù)合材料的填料。近幾年來，由于石墨烯把二維材料從概念變成現(xiàn)實(shí)，引起了化學(xué)和物理界的轟動。氧化石墨烯是一種二維納米碳材料，其表面含有豐富的含氧基團(tuán)。氧化石墨烯是片層石墨在強(qiáng)酸和強(qiáng)氧化劑作用下，氧原子進(jìn)入石墨層結(jié)合η電子，以羰基、羥基、羧基與碳網(wǎng)面內(nèi)的碳原子結(jié)合形成共價(jià)鍵型石墨層間化合物，并使層間的鍵斷裂。氧化石墨烯具有特殊的二維結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團(tuán)，這賦予其優(yōu)良的復(fù)合性能。氧化石墨烯與環(huán)氧樹脂等的復(fù)合材料已經(jīng)得到了深入的研究。
[0004]苯并噁嗪是一類新型的酚醛樹脂，它與普通酚醛樹脂的區(qū)別在于成型固化過程中沒有小分子放出，體積變化率接近為0，并具有良好的分子設(shè)計(jì)性。苯并噁嗪的制備以酚類、醛類和伯胺類化合物為原料反應(yīng)制得。苯并噁嗪固化物具有良好的耐熱性、耐濕性、機(jī)械性能和電氣性能，其缺點(diǎn)為固化溫度高。
[0005]氧化石墨烯表面的羧基可以作為苯并噁嗪開環(huán)聚合的催化劑，加速苯并噁嗪的開環(huán)聚合，降低其聚合溫度，改善苯并噁嗪樹脂的加工性能。同時(shí)氧化石墨烯表面的其他含氧基團(tuán)，也容易與苯并噁嗪聚合物生成氫鍵，提高樹脂的力學(xué)和熱學(xué)性能。因此采用簡易的工藝制備苯并噁嗪、環(huán)氧樹脂與氧化石墨烯的復(fù)合材料，具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料及其制備方法，該復(fù)合材料的固化起始溫度較低，縮短了固化時(shí)間。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
步驟1、將氧化石墨烯溶于溶劑中制得氧化石墨烯溶液；
步驟2、在步驟I制得的氧化石墨烯溶液中加入環(huán)氧樹脂，攪拌使之分散均勻，制得環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液；
步驟3、在步驟2制得的環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液中加入苯并噁嗪中間體，攪拌使之分散均勻，制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物；苯并噁嗪中間體為胺源、酚源與甲醛或多聚甲醛合成產(chǎn)物，如雙酚A、苯胺、多聚甲醛所得產(chǎn)物。
[0008]步驟4、將步驟3制得的苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物烘干制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料。
[0009]優(yōu)選地，所述溶劑為乙醇。
[0010]更優(yōu)選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.01~20g/Lo
[0011]更優(yōu)選地，步驟2中，環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液中環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯的重量比例為(20-200 ): (0.001?3 ) 0
[0012]優(yōu)選地，步驟I中，將氧化石墨烯溶于溶劑中后，經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理l~3h制得所述氧化石墨稀溶液。
[0013]優(yōu)選地，步驟2中，分散均勻后，經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理l~3h制得所述環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0014]優(yōu)選地，步驟3中，分散均勻后，在用功率為300~800W的超聲波處理l~3h制得所述苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料混合物。
[0015]優(yōu)選地，步驟4中，烘干在50~90°C的真空烘箱中進(jìn)行。
[0016]優(yōu)選地，所述苯并噁嗪中間體為雙酚A型或苯酚型，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型或雙酚F型。
[0017]一種所述的制備方法制得的苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料，所述苯并噁嗪、環(huán)氧樹脂、氧化石墨烯的重量比為100: (20~200): (0.001~3)。
[0018]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn):該三元復(fù)合材料既保持了苯并噁嗪樹脂的優(yōu)良性質(zhì)，比如固化無收縮，良好的耐熱性、耐濕性、機(jī)械性能、電氣性能，并且降低了其固化起始溫度，縮短了固化時(shí)間，在層壓板、航空航天、摩擦材料、塑膜材料等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的環(huán)氧樹脂/苯并噁嗪復(fù)合材料的DSC曲線；
圖2為本發(fā)明的苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料的DSC曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更為清楚明確的界定。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0021]實(shí)施例1
步驟I，將氧化石墨烯0.007g溶于乙醇中，再用功率為300~800W的超聲波處理2h，制得濃度為0.01 g/L的氧化石墨烯溶液。
[0022]步驟2，在上述氧化石墨稀溶液中就加入3g環(huán)氧樹脂，攪拌30min使之均勾分散，再經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理lh，制得環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0023]步驟3，在上述環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液中加入15g苯并噁嗪中間體，攪拌30min使之均勻分散，在經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理2h，制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物。
[0024]步驟4，將上述苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物放入50°C的真空烘箱中，烘干混合物中的乙醇，制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料。
[0025]制得的苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料中，苯并噁嗪、環(huán)氧樹脂、氧化石墨烯的重量比例為100:20:0.0Ol0
[0026]實(shí)施例2
步驟1，將氧化石墨烯0.45g溶于乙醇中，再用功率為300~800W的超聲波處理3小時(shí)，制得濃度為20 g/L的氧化石墨烯溶液。
[0027]步驟2，在上述氧化石墨稀溶液中就加入30g環(huán)氧樹脂，攪拌30min使之均勾分散，再經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理3h，制得環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0028]步驟3，在上述環(huán)氧樹脂和氧化石墨烯混合液中加入15g苯并噁嗪中間體，攪拌30min使之均勻分散，在經(jīng)功率為300~800W的超聲波處理lh，制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物。
[0029]步驟4，將上述苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯混合物放入50°C的真空烘箱中，烘干混合物中的乙醇，制得苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料。
[0030]制得的苯并噁嗪/環(huán)氧樹脂/氧化石墨烯復(fù)合材料中，苯并噁嗪、環(huán)氧樹脂、氧化石墨烯的重量比例為100:200:3。
[0031]實(shí)施例3
步驟1，將氧化石墨烯0.0lg溶于乙醇中，再用功率為300~800W的超聲波處理I小時(shí)，制得濃度為0.1 g/L的氧化石墨烯溶液。
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