一種苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料及其制備方法
【專利說明】一種苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料及其制備方法
[0001]
技術領域
[0002]本發明涉及一種復合材料及其制備方法，特別涉及一種苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0003]石墨烯是首個實現的單原子厚度的二維碳原子晶體，也是性能優異的新型納米復合材料的填料。近幾年來，由于石墨烯把二維材料從概念變成現實，引起了化學和物理界的轟動。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。氧化石墨烯是片層石墨在強酸和強氧化劑作用下，氧原子進入石墨層結合η電子，以羰基、羥基、羧基與碳網面內的碳原子結合形成共價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構和豐富的表面官能團，這賦予其優良的復合性能。氧化石墨烯與環氧樹脂等的復合材料已經得到了深入的研究。
[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計性。苯并噁嗪的制備以酚類、醛類和伯胺類化合物為原料反應制得。苯并噁嗪固化物具有良好的耐熱性、耐濕性、機械性能和電氣性能，其缺點為固化溫度高。
[0005]氧化石墨烯表面的羧基可以作為苯并噁嗪開環聚合的催化劑，加速苯并噁嗪的開環聚合，降低其聚合溫度，改善苯并噁嗪樹脂的加工性能。同時氧化石墨烯表面的其他含氧基團，也容易與苯并噁嗪聚合物生成氫鍵，提高樹脂的力學和熱學性能。因此采用簡易的工藝制備苯并噁嗪、環氧樹脂與氧化石墨烯的復合材料，具有十分重要的意義。
【發明內容】
[0006]針對上述問題，本發明的目的是提供一種苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料及其制備方法，該復合材料的固化起始溫度較低，縮短了固化時間。
[0007]為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下:
一種苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料的制備方法，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氧樹脂，攪拌使之分散均勻，制得環氧樹脂和氧化石墨烯混合液；
步驟3、在步驟2制得的環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物，如雙酚A、苯胺、多聚甲醛所得產物。
[0008]步驟4、將步驟3制得的苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯混合物烘干制得苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料。
[0009]優選地，所述溶劑為乙醇。
[0010]更優選地，所述氧化石墨烯溶液的濃度為0.01~20g/Lo
[0011]更優選地，步驟2中，環氧樹脂和氧化石墨烯混合液中環氧樹脂和氧化石墨烯的重量比例為(20-200 ): (0.001?3 ) 0
[0012]優選地，步驟I中，將氧化石墨烯溶于溶劑中后，經功率為300~800W的超聲波處理l~3h制得所述氧化石墨稀溶液。
[0013]優選地，步驟2中，分散均勻后，經功率為300~800W的超聲波處理l~3h制得所述環氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0014]優選地，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/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料混合物。
[0015]優選地，步驟4中，烘干在50~90°C的真空烘箱中進行。
[0016]優選地，所述苯并噁嗪中間體為雙酚A型或苯酚型，所述環氧樹脂為雙酚A型或雙酚F型。
[0017]一種所述的制備方法制得的苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料，所述苯并噁嗪、環氧樹脂、氧化石墨烯的重量比為100: (20~200): (0.001~3)。
[0018]本發明采用以上技術方案，具有如下優點:該三元復合材料既保持了苯并噁嗪樹脂的優良性質，比如固化無收縮，良好的耐熱性、耐濕性、機械性能、電氣性能，并且降低了其固化起始溫度，縮短了固化時間，在層壓板、航空航天、摩擦材料、塑膜材料等領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0019]圖1為現有技術中的環氧樹脂/苯并噁嗪復合材料的DSC曲線；
圖2為本發明的苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料的DSC曲線。
【具體實施方式】
[0020]下面對本發明的較佳實施例進行詳細闡述，以使本發明的優點和特征能更易于被本領域的技術人員理解，從而對本發明的保護范圍作出更為清楚明確的界定。實施例中采用的實施條件可以根據具體要求做進一步調整，未注明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
[0021]實施例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環氧樹脂，攪拌30min使之均勾分散，再經功率為300~800W的超聲波處理lh，制得環氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0023]步驟3，在上述環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，在經功率為300~800W的超聲波處理2h，制得苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯混合物。
[0024]步驟4，將上述苯并噁嗪/環氧樹脂/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/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料。
[0025]制得的苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料中，苯并噁嗪、環氧樹脂、氧化石墨烯的重量比例為100:20:0.0Ol0
[0026]實施例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，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環氧樹脂，攪拌30min使之均勾分散，再經功率為300~800W的超聲波處理3h，制得環氧樹脂和氧化石墨烯混合液。
[0028]步驟3，在上述環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，在經功率為300~800W的超聲波處理lh，制得苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯混合物。
[0029]步驟4，將上述苯并噁嗪/環氧樹脂/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/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料。
[0030]制得的苯并噁嗪/環氧樹脂/氧化石墨烯復合材料中，苯并噁嗪、環氧樹脂、氧化石墨烯的重量比例為100:200:3。
[0031]實施例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，制得濃度為0.1 g/L的氧化石墨烯溶液。
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