[发明专利]一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种功能化石墨烯‑碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，将石墨烯粉末、二环己基碳二亚胺加入偶联剂中超声分散，加热反应，冷却后离心、洗涤、真空干燥得功能化石墨烯；将多壁碳纳米管加入混酸中，超声回流，减压抽滤，加入N‑N二甲基乙酰胺中，超声振荡，再加入环氧树脂混合溶解，加热搅拌，降温后抽滤得到功能化碳纳米管；把功能化石墨烯、碳纳米管分散到丙酮中超声得组分A；将纳米氧化铝、亲水性纳米氧化硅和环氧树脂用研磨机混合得组分B；将两组分混匀，超声处理，放入烘箱中除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌真空脱泡；将所得环氧混合物注入模具中，在真空烘箱中固化成型，冷却得环氧树脂复合材料。

技术领域

本发明涉及树脂领域，具体涉及一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法。

背景技术

传统溶剂型防腐涂料存在孔隙率高、疏水性差、涂层强度较低等问题，传统涂料中掺杂纳米粒子是降低孔隙率、提高疏水性和改善涂层强度的一种常用方法。石墨烯是一种二维蜂窝状碳纳米材料，具有较大的比表面积、高致密性和化学惰性，对腐蚀介质具有较强的物理屏蔽性能，在有机涂料中掺杂石墨烯可以有效地提高涂料的耐腐蚀性能。然而，石墨烯在涂料中分散性低，容易发生团聚，产生点蚀坑，破坏涂层结构。为了提高石墨烯的分散性，本发明采用一步水热法制备改性石墨烯水性环氧树脂涂料，以期提高复合涂料的防腐性能。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，依照该工艺制备的树脂具有良好的韧性和击穿强度。

一种功能化石墨烯-碳纳米管增强环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：

（1）有机硅烷修饰石墨烯的合成：

将0.1-0.2份黑色石墨烯粉末、0.05-0.1份二环己基碳二亚胺加入到47-50份硅烷偶联剂中，超声分散1-2h后，在74-76℃下反应10-12h，冷却后离心、洗涤、真空干燥，得到有机硅烷修饰石墨烯粉末；

（2）碳纳米管的表面修饰：

将0.1-0.2份多壁碳纳米管加入混酸中，在78-82℃水浴中超声回流1-2h，减压抽滤，将所得酸化的碳纳米管加入N-N二甲基乙酰胺中，超声振荡均匀，再加入1-2份环氧树脂混合溶解，在78-82℃下搅拌36-40h，降至室温后进行抽滤，得到环氧基功能化碳纳米管；

（3）环氧树脂复合材料的制备：

把(1)、(2)中所得物料分散到78-85份丙酮中，用细胞粉碎机超声处理1-2h得组分A；将4-5份纳米氧化铝、2-4份亲水性纳米氧化硅和90-100份环氧树脂用三辊研磨机混合三次得组分B；将组分A、B混合搅拌均匀，用细胞粉碎机超声处理1-2h，放入80-82℃烘箱中处理20-24h去除丙酮，加入固化剂和促进剂，磁力搅拌下真空脱泡；

在模具表面涂上脱模剂，放入真空烘箱预热，取出模具再涂一层脱模剂，将所得环氧混合物注入模具中，放入160-163℃真空烘箱中9-10h固化成型，冷却至室温，得到所述环氧树脂复合材料。

其中，步骤（1）中硅烷偶联剂为KH550。

步骤（2）（3）中环氧树脂为双酚-A型环氧树脂E51。

步骤（3）中固化剂为二乙基甲苯二胺或甲基六氢苯酐，促进剂为吡啶。

本发明的反应机理如下：

利用硅烷偶联剂KH570与石墨烯发生脱水缩合反应，得到硅烷化改性石墨烯，用其对环氧树脂进行开环反应，制得复合材料，硅烷偶联剂通过化学键把石