[发明专利]一种石墨烯环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯环氧树脂复合材料制备方法。 

背景技术

石墨烯以其优异的力学性能，热学性能，电化学性能等倍受科学界的关注，特别是石墨烯由于具有很高的力学性能，如果作为填充材料添加到聚合物基体中可以大大提升聚合物材料的力学性能，从而改变聚合物本身的力学性能不能满足实际需要的状况。同时环氧树脂由于具有优良的化学性能和物理性能，价格低，与各种材料粘结性能好，以及工艺灵活性是其他热固性材料所不能比拟的，可作为涂料、胶粘剂、复合材料树脂基体、电子封装材料等不同领域都发挥了巨大的作用。如果将石墨烯与树脂材料两者进行复合，由于两者的相容性，则可以在两种材料之间生成会成理想界面，这样石墨烯优异的力学性能和热学性能得以充分的发挥，从而能够作为增强体，起到增强树脂基复合材料的功能，制备出力学性能和热学性能优异的树脂基复合材料。因此研究石墨烯环氧树脂复合材料具有很广阔的前景。 

世界范围中许多科学工作者已经成功制备了石墨烯增强体复合材料,并且研究了基体与增强体石墨烯之间的界面相互作用。Koratkar等人制备并研究石墨烯复合材料。他同时还制备了单壁碳纳米管、多壁碳纳米管复合材料进行对比，用含量都为0.1±0.002%的三种复合材料进行性能测试和比较。结果表明石墨烯复合材料的性能明显高于碳纳米管复合材料。石墨烯比碳纳米管在力学性能上的优越性可能与石墨烯的高比表面积，同时填充体和基体之间粘结由于褶皱的表面形态使得两者互锁，这些都使得石墨烯材料力学性能很好。石墨烯也可以提高复合材料的韧性,因为石墨烯受载荷时,具有高的弯曲模量,可以吸收能量 [Koratkar et al,Enhanced mechanical properties of nanocomposites at Low graphene Content,acsnano,2009:3:3884]。Yu等人用少片层石墨烯制备了环氧基热界面材料。他们研究发现。他们通过热导率测试研究发现厚度小于2nm的石墨烯片非常适合作为环氧树脂的导热填料，添加25%的石墨烯可以得到热导率为6.44W/(mk)的复合材料，热导率比纯树脂提高了3000%[Yu A et al,Graphite nanoplatelet-epoxy composite thermal interface materials,Phys.Chem.C,2007:111:7565]。但目前所制备的聚合物基复合材料中石墨烯的分散不是很理想，这是由于石墨烯是亲水性，不能在非水性溶液中直接剥离分散，且对石墨烯的剥离还不够充分，不能形成片层很少甚至单片层的石墨烯，同时制备的石墨烯在水溶液中还原时会发生不可逆的凝聚，使得在基体中分散性不好。 

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，提供一种石墨烯与环氧树脂复合的制备方法。按下述步骤制得： 

步骤一：称取2g人造石墨，加入已经装有250ml浓硫酸的三口烧瓶中，加的过程中要机械搅拌，再称5g的NaNO₃加于已经混有硫酸和石墨的三口烧瓶之中。室温中机械搅拌反应1h。之后，向体系中加入10gKMnO₄，在两小时内加完。再持续搅拌72h，然后停止搅拌，待冷却后，向三口烧瓶中加入适量的去离子水，大约200ml左右，约15min加完。最后滴加30%的双氧水，直至溶液由棕红变黄。之后分别用稀盐酸和去离子水洗涤，直到溶液中不含硫酸根离子，并洗至中性。然后再在70℃下烘12h制得人造氧化石墨。； 

步骤二：取步骤一所得氧化石墨快速放入已经预热到1050℃的马弗炉中热处理15s，然后再在溶剂中分散，即可得到石墨烯。 

步骤三：先将制备的石墨烯加入一定比例的丙酮溶液，在冰浴条件下超声 搅拌，然后加入一定比例的环氧树脂，继续超声搅拌，再水浴加热磁力搅拌去除其中的丙酮溶剂，之后抽真空处理后加入固化剂，搅拌后再抽真空处理，进行浇注加热，得到复合材料样条。最后用肼对复合材料进行还原。 

本发明进一步的优选方案是：所述石墨选自大粒径人造石墨(200目)，小粒径人造石墨(200目)，天然石墨中的一种。 

本发明进一步的优选方案是：所述制备氧化石墨的方法选自hummer法、Standenmaier法中的一种。 

本发明进一步的优选方案是：所述有机溶剂选自乙醇、丙酮、NMP中的一种。 

本发明进一步的优选方案是：所述氧化石墨的处理方法选自超声法、热膨胀法中的一种。