[发明专利]一种增强增韧型改性环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种增强增韧型改性环氧树脂复合材料及其制备方法。通过对苯二胺与石墨烯表面强有力的π‑π共轭的相互作用，使对苯二胺插层于石墨烯层间，再通过原位聚合，使对苯二胺在石墨烯表面原位生长，形成聚对苯二胺改性的石墨烯，改性后的石墨烯可以均匀地分散在溶剂中，加入环氧树脂后，聚对苯二胺上的氨基基团可以充当环氧树脂的二次交联剂，并和高度分散的石墨烯协同提高环氧树脂的机械性能，使其增强增韧。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种增强增韧型改性环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂是具有良好机械性能和几何稳定性的热固性树脂。广泛应用于各类结构材料和工程材料中。但是由于其性脆易断，严重影响其在具有较高韧性要求的场合的应用。对环氧树脂进行增强增韧是对环氧树脂改性的重要环节。许多研究者通过添加橡胶颗粒进行改性，可以明显提升其断裂韧性，但是与此同时，其杨氏模量大幅度削减，热膨胀系数和粘度增大，制约了其在工程材料和结构材料中的进一步应用和发展。石墨烯近年来作为继富勒烯和碳纳米管后发现的新型碳同素异形体，具有超大理论比表面积、良好的导电导热性、优异的力学性能以及稳定的化学性能，在石墨烯聚合物复合材料领域里有着广阔的应用前景。但是由于石墨烯片层间的范德华力作用，其在复合材料体系中极易发生团聚，从而影响材料的整体性能。

而现有的改性石墨烯分散状况多从氧化石墨烯入手，这需要用到大量硫酸硝酸和盐酸等有毒危险品，不利于工业化生产，且经过氧化后的石墨烯，其表面存在大量孔洞，使得石墨烯原有的优良性能被大幅度削减。

因此，提供一种结构完整且分散良好的石墨烯应用于环氧树脂的改性是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有环氧树脂韧性不高，性脆易断裂，应用范围受限等缺点进行改进，提供一种聚对苯二胺-石墨烯改性环氧树脂复合材料的制备方法，利用结构完整的高能球磨石墨烯，通过对苯二胺原位聚合而改性，使石墨烯能够均匀分散在溶剂中。并利用聚对苯二胺与环氧树脂之间的共价结合，进一步加强石墨烯对环氧树脂的增强增韧作用。在对苯二胺和石墨烯协同增强增韧作用下，在不影响环氧树脂模量、热稳定性和粘度等条件下，显著改善环氧树脂的性脆易断的缺点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种增强增韧型改性环氧树脂复合材料的制备方法，是通过对苯二胺以π-π相互作用插层在石墨烯层间，通过原位聚合，制得聚对苯二胺改性的石墨烯；将其混入环氧树脂中，通过聚对苯二胺链上的伯氨基与仲氨基，与环氧树脂中环氧基进行反应，获得增强增韧型改性环氧树脂复合材料。

进一步地，具体包括以下步骤：

步骤S1高能球磨石墨烯的制备：

在500mL球磨罐中加入200mL去离子水，加入氧化锆研磨球；随后加入15g鳞片石墨，用氨水调节pH为10，研磨72h；最后离心洗涤至pH为7，将产物在40℃烘箱中干燥48h，得到高能球磨石墨烯；

步骤S2聚对苯二胺改性石墨烯的制备：

步骤S21取250mL去离子水，加入7gKOH，混合均匀后，取该碱性KOH溶液200mL，向其中加入对苯二胺和高能球磨石墨烯，搅拌30min后超声，得到分散均匀的对苯二胺-高能球磨石墨烯碱性悬浮液；在剩余的碱性KOH溶液中，加入过硫酸钾，溶解后得到引发剂液；

步骤S22在搅拌状态下，将引发剂液一次性加入上述对苯二胺-高能球磨石墨烯碱性悬浮液中，进行聚合反应；

步骤S23反应结束后，通过离心，并用去离子水洗涤至pH为7，最后在50℃烘箱中干燥24h；得到聚对苯二胺改性的石墨烯；

步骤S3 聚对苯二胺-石墨烯改性环氧树脂复合材料的制备：