[发明专利]一种功能化还原氧化石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种功能化还原氧化石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法，首先采用纳米颗粒自组装技术，利用纳米SiO₂将GO功能化，并且对GO进行还原，形成功能化rGO。通过控制杂化材料中纳米SiO₂与GO的比例，还原剂的浓度、用量等因素，使得杂化材料在保证分散性的同时，发挥协同效应，有效提高酚醛树脂的耐热性。纳米材料的引入不仅能提高树脂的耐热性能，同时还可改善树脂的力学性能等综合性能，有利于拓展其应用范围，在改性树脂基耐烧蚀材料的研究应用方面具有良好的发展前景。

技术领域

本发明涉及一种功能化还原氧化石墨烯改性酚醛树脂及其制备方法，属于聚合物基复合材料的技术领域。

背景技术

科学的进步和人类对外太空的探索，使人们对烧蚀复合材料的耐热性和烧蚀性能提出了更高的要求。酚醛树脂(PF)具有优异的耐热性和良好的加工工艺性能，被广泛用作耐烧蚀材料的主要基体。但是，酚醛树脂的耐热性、工艺性和力学性能还是难以满足目前宇航耐烧蚀材料的需求。为了进一步改善烧蚀材料的性能，必须对酚醛树脂进行改性。

酚醛树脂的改性可通过封锁酚羟基和引进其他组分两种方式进行，其中，引入纳米材料进行耐热改性是常用的效果明显的改性方法。

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。由于其独特的结构，表现出优异的热稳定性能、力学性能、导电性能等特点，是制备先进复合材料的理想增强体。氧化石墨烯（GO）是化学法制备石墨烯的中间产物，其表面含有羟基、羧基、环氧基等大量的活性官能团，使其具有一定的活性。片层状的GO和还原氧化石墨烯(rGO)通过吸收热量形成屏障阻碍热传播，所以，越来越多的被用于酚醛树脂的改性中。徐伟华在其硕士论文《氧化石墨烯/酚醛树脂原位复合材料制备和性能》(桂林理工大学，2013)中研究表明，GO 通过原位聚合的方式加入酚醛树脂中，能够明显提高复合树脂的热性能。有文献记载，rGO的耐热性能优于GO，但是由于活性基团被还原消失，所以rGO在树脂中的分散较GO困难。现有研究中，直接将rGO用于树脂的耐热性改善的方法鲜有报道。

二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒为无定型白色粉末，具有特殊的界面性能和体积效应。纳米SiO₂是球状刚性纳米粒子，比表面积大、吸附能力强、尺寸小，在热阻、电阻、熔点等方面与常规材料相比显示出特殊功能。另外纳米SiO₂与聚合物有较强的键合能力，可对聚合物基体的物化性质产生特殊作用。将SiO₂引入酚醛树脂中，可以提高酚醛树脂的耐热、强度等性能。专利CN104961872A公布了一种纳米二氧化硅改性酚醛树脂的制备方法，在合成酚醛树脂的过程中加入二氧化硅，通过原位聚合法得纳米二氧化硅改性酚醛树脂。由于二氧化硅的分散问题，其对酚醛树脂耐热性的提高并不明显。

专利CN201410721476.4采用纳米二氧化硅和氧化石墨烯杂化材料改性有机硅树脂，提高有机硅树脂的耐热性。其指出，由于石墨烯巨大的表面积和强的范德华力使其不易于在树脂基体中分散，且与基体树脂的相互作用力较低。而采用两种或两种以上纳米粒子杂化的方式可以使纳米粒子与树脂基体具有极好的相容性及界面性能。然而，其采用的杂化粒子是纳米SiO₂与GO，如前所述，GO在提高耐热性方面没有rGO效果明显。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述问题，提供一种功能化还原氧化石墨烯改性酚醛树脂，首先将SiO₂与rGO进行杂化制得功能化SiO₂-rGO杂化材料（即FSiO₂-rGO），然后用其对酚醛树脂进行耐热改性，可改善纳米颗粒在树脂基体中的分散效果，改性后酚醛树脂的耐热性能显著提高。

同时，本发明还提供了功能化还原氧化石墨烯改性酚醛树脂的制备方法，解决了制备过程中纳米粒子极易团聚，在酚醛树脂胶液中不容易均匀分散的问题，提高了酚醛树脂的烧蚀性能、耐热性能。

本发明技术方案如下：