[发明专利]氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氧化石墨烯液晶‑环氧树脂复合材料及其制备方法。制备方法是：将氧化石墨烯溶解于去离子水中，超声波细胞粉碎机分散成氧化石墨烯液晶水溶液，加入有机溶剂和PAPMS‑b‑PDMS，磁力搅拌，萃取得到氧化石墨烯液晶有机溶液；将其加入环氧树脂中，先后在氮气和空气中机械搅拌，然后加入胺类固化剂，或酸酐类固化剂和促进剂，搅拌、浇注，脱除气泡，热固化，自然冷却，得到所述石墨烯液晶‑环氧树脂复合材料。液晶相石墨烯均匀稳定地分散在环氧树脂基体中，使得复合材料的拉伸断裂强度和介电常数相比于环氧树脂得到大幅提高。

技术领域

本发明涉及电气绝缘材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

近几年，介电纳米复合材料日趋成为电工材料研究的热点。目前石墨烯作为填料用在介电复合材料中，主要是基于逾渗阈值理论，即当导电填料在基体中的含量达到某一值时，复合材料的电导率会大幅增加，这个突变处的值就定义为逾渗阈值。当导电填料的量略小于逾渗阈值时，复合材料会具有很高的介电性能，因此，介电复合材料多根据逾渗阈值来决定填料的添加量。在逾渗阈值之前，随着石墨烯含量的增加，石墨烯片层之间并没有形成连续的导电通路，而是继续增加微电容器的数量，因此复合材料的介电性能会达到一个极大值。在达到逾渗阈值时，由于石墨烯片层之间无法继续形成微电容器，多余的石墨烯片使微电容器之间相互连接，形成了导电通路，从而在逾渗阈值附近，稍微增加一点导电物质的量，复合材料的导电性就会增加的特别快。

氧化石墨烯可以在水溶液中形成液晶相，此时的氧化石墨烯片层之间平行排列，具有很高的规整性。但是氧化石墨烯的亲油性较弱，无法直接转移到有机溶剂或聚合物基体内。

环氧树脂由于具有很高的耐热性、机械性、粘接性和电绝缘性，很适合作为电器绝缘材料的基材。并且环氧树脂具有室温固化和加热固化的方式，还具有加成固化和缩合固化的方式，根据其组分的不同分为缩水甘油醚类环氧树脂、缩水甘油酯类环氧树脂、缩水甘油胺类环氧树脂、线型脂肪族类环氧树脂、脂环族类环氧树脂等，并且常用环氧树脂固化剂有脂肪胺、脂环胺、芳香胺、聚酰胺、酸酐、树脂类、叔胺，由于环氧树脂具有良好的性能和多种多样的选择性，很适合作为复合材料的基材。但是现有环氧树脂复合材料存在介电性能低下、强度和韧性不足等问题。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料。具体技术方案如下：

一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料，所述复合材料为黑色固体，是以环氧树脂为基体，加入氧化石墨烯液晶有机溶液、固化助剂复合而成；所述固化助剂为胺类固化剂，或者酸酐类固化剂和促进剂；石墨烯液晶的质量是环氧树脂质量的0.5～5％，胺类固化剂的质量是环氧树脂质量的20～40％，酸酐类固化剂的质量是环氧树脂质量的60～80％，促进剂的质量是环氧树脂质量的1～5％。

优选地，所述氧化石墨烯液晶有机溶液是由浓度为0.5-5mg/mL的氧化石墨烯液晶水溶液、有机溶剂、氨丙基聚二甲基硅氧烷-聚二甲基硅氧烷嵌段共聚物(PAPMS-b-PDMS)按照用量比40～500mg:8～200mL:1mg制备得到；所述有机溶剂为乙酸乙酯、乙醚、环己烷、甲苯、三氯甲烷或二氯甲烷。

本发明的目的之二是提供一种氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的制备方法。具体技术方案如下：

上述氧化石墨烯液晶-环氧树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：