[发明专利]一种氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于先进复合材料科学技术领域，涉及一种氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

氧化石墨烯是由石墨氧化并超声分散而来，除了具有石墨烯优异的性能外，其表面带有羟基、羧基及环氧基团等高反应活性的官能团，可通过化学反应在石墨烯表面引入有机官能团对氧化石墨烯进行改性，不仅能提高氧化石墨烯的分散性，且赋予氧化石墨烯新的功能。例如，通过超声破碎法制得氧化石墨烯，然后通过酰氯化反应将4-氨基苯氧基邻苯二甲腈接枝在氧化石墨烯表面，制得腈改性石墨烯，并以其作为填料与聚芳醚腈制得纳米复合材料，发现复合材料的杨氏模量、抗张强度、热解温度都明显提高。又如，利用乙烯基三乙氧基硅烷对氧化石墨烯进行修饰，并与低密度聚乙烯混合制备出纳米复合材料，发现了石墨烯在聚合物中的阻隔性能。

超支化聚硅氧烷具有低粘度、高流变性、良好的溶解性，为提高氧化石墨烯的分散性提供了有利条件，特别是其分子末端存在Si-Cl、Si-H、Si-OH、Si-NH₂等活性基团，易于根据不同的需要进行分子设计。但目前尚未见到用超支化聚合修饰氧化石墨烯的报道。因此，本发明利用超支化聚硅氧烷对氧化石墨烯表面进行改性，这样，不仅可提高氧化石墨烯的分散性，而且可提高氧化石墨烯与树脂的界面粘结强度。

氰酸酯树脂具有优异的高耐热性、良好的综合力学性能以及极低的吸水率，是二十世纪以来在航空领域中极具潜力的一种功能材料和结构材料,可用于制作军事、航空、航天、航海领域的结构件，比如机翼、舰船壳体等，还可制成宇航中常用的泡沫夹芯结构材料。特别是双酚A型氰酸酯树脂因其独特的分子结构，具有更为优异的力学性能、耐湿热性能和电性能更受研究者的广泛青睐，但其固化物较脆，需要对其进行增韧改性才能满足更多场合的使用要求。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法，使用一种超支化聚硅氧烷修饰的氧化氧化石墨烯对双酚A型氰酸酯树脂进行增韧改性，满足氰酸酯树脂的多种领域的使用要求。

技术方案

一种氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料，其特征在于原料组份的质量分数为：0.1~10份超支化聚硅氧烷修饰的氧化石墨烯、5~50环氧活性稀释剂和100份双酚A型氰酸酯树脂单体；所述超支化聚硅氧烷修饰的氧化石墨烯的化学物质结构式为：

双酚A型氰酸酯树脂单体的化学物质结构式为：

所述环氧活性稀释剂为E-44或E-51。

一种制备所述氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：将0.1~10份的氧化石墨加入到1~100份KH-560的四氢呋喃溶液中，超声分散0.5h后滴加1~50mL浓度为1mol/L的HCl水溶液，然后在50~80℃搅拌4~7h后，得到超支化聚硅氧烷修饰氧化石墨烯；

步骤2：将0.1~10份超支化聚硅氧烷修饰氧化石墨烯加入到5~50份的环氧活性稀释剂中，在40~70W的功率下超声分散0.5~3小时后，加入到100份已在80℃熔融的双酚A型氰酸酯树脂单体中，在80~120℃下预聚合15~60min；

步骤3：倒入预热好的模具中，在120℃的真空箱中，抽真空除气泡后取出，然后放入鼓风干燥箱进行阶段升温固化，固化工艺为140℃/2h+160℃/2h+180℃/2h，然后自然冷却，脱模后，再在200℃下后处理2h得到氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料。

有益效果

本发明提出的一种氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料及其制备方法，在氰酸酯树脂基体中含有环氧活性稀释剂为E-44或E-51，该环氧活性稀释剂为既能与树脂进行化学反应，也能与氧化石墨烯表面的环氧基进行反应。这样，一方面可增加氧化石墨烯与树脂的相容性和界面粘接性。另一方面其粘度很低，有利于氧化石墨烯的分散。另外，在氧化石墨烯表面接枝超支化聚硅氧烷中含有大量的活性官能团环氧基，不仅可提高氧化石墨烯在树脂中分散性，也可增强其与树脂的界面结合强度，有利于提高复合材料的力学性能。

附图说明

图1为氧化石墨烯/氰酸酯树脂复合材料制备工艺流程图。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：