[发明专利]一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法和在制备复合材料中的应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法和在制备复合材料中的应用。具体地说，本发明提供了一种制备石墨烯改性酚醛树脂的方法以及由此制得的改性酚醛树脂，所述方法包括：制备石墨烯的丁醇溶液，向其中加入熔化酚醛树脂熔化，升温分散，然后在去除溶剂的同时进行改性反应，得到改性酚醛树脂。本发明还提供了利用改性酚醛树脂制备复合材料的方法和由此制得的复合材料，所述方法包括利用所述改性酚醛树脂通过RTM工艺制备复合材料。本发明具有复合材料韧性高、固化温度低、工艺简单等优点。

技术领域

本发明属于酚醛树脂改性技术领域，涉及一种高韧性、低固化温度的石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法和在制备复合材料中的应用。

背景技术

酚醛树脂因具有耐热、耐烧蚀、介电常数低、工艺性良好等优点而被广泛应用于航空航天等尖端国防领域。价格较低的优势使得酚醛树脂同样可以应用于汽车制造、建筑、通讯等民用领域。

酚醛树脂通常分为线型酚醛和体型酚醛。通常情况下，苯酚与甲醛的摩尔为0.8∶1，在酸性条件下得到线性酚醛，线性酚醛具有热塑性；苯酚与甲醛的摩尔比为1.3∶1，在碱性条件下得到体型酚醛，体型酚醛具有热固性。

酚醛树脂中含有大量易被氧化的羟基，且在固化过程中树脂体积收缩率大，交联度的增加使得生成的树脂脆性大。收缩率高、小分子副产物多，容易造成复合材料内部出现空洞或脱黏等问题。而且，酚醛树脂固化温度较高，对设备及生产状况有严格要求。这些缺点，严重制约了酚醛树脂在高端领域的应用。

随着航空航天等高端领域的迅速发展，对树脂材料的要求越来越高，酚醛树脂的脆性极大地限制了其在高端领域的广泛应用，因此，需要通过一定的方法来改善酚醛树脂的综合性能。

发明内容

本发明针对酚醛树脂脆性大，力学性能差，固化工艺温度高等问题。首先，使用文献报道的hummer法制备氧化石墨烯，再通过还原的方法将氧化石墨烯还原成石墨烯粉末。其次，通过溶液共混的方法将石墨烯溶液均匀地分散到酚醛树脂中，除去有机溶剂后，得到改性酚醛树脂。最后，利用所述改性酚醛树脂通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备得到复合材料。由本发明方法制得石墨烯改性酚醛树脂复合材料的弯曲性能比未改性材料弯曲强度提高20％以上，固化温度有显著的降低。

本发明针对酚醛树脂脆性大，力学性能差，固化工艺温度高等问题。首先，使用文献报道的hummer法制备氧化石墨烯，再通过还原的方法将氧化石墨烯还原成石墨烯粉末。其次，通过溶液共混的方法将石墨烯溶液均匀地分散到酚醛树脂中，除去有机溶剂后，得到改性酚醛树脂。最后，利用所述改性酚醛树脂通过树脂传递模塑(RTM)工艺制备得到复合材料。由本发明方法制得石墨烯改性酚醛树脂复合材料的弯曲性能比未改性材料弯曲强度提高20％以上，固化温度有显著的降低。

于是，本发明在第一方面提供给了一种石墨烯改性酚醛树脂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)将石墨烯加入到丁醇中并混合均匀，制得石墨烯溶液；

(2)将酚醛树脂熔化，得到熔化酚醛树脂；

(3)向所述石墨烯溶液中加入所述熔化酚醛树脂并混合均匀，得到复合溶液；

(4)将所述复合溶液升温并超声分散，得到分散液；

(5)将所述分散液加热以在去除溶剂的同时完成改性反应，得到改性酚醛树脂。

本发明在第二方面提供了根据本发明第一方面所述的方法制得的石墨烯改性酚醛树脂。

本发明在第三方面提供给了一种制备石墨烯改性酚醛树脂复合材料的方法，其中利用本发明第二方面所述的改性酚醛树脂浸渍纤维预制体并固化，制得所述石墨烯改性酚醛树脂复合材料。

本发明在第四方面提供了根据本发明第三方面所述的方法制得的石墨烯改性酚醛树脂复合材料。