[发明专利]一种热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料及其制备方法。该三明治结构复合材料由热解石墨、环氧树脂、超高分子量聚乙烯组成；其中上层和下层均为超高分子量聚乙烯；中间层为热解石墨；环氧树脂为胶粘剂，用于粘连热解石墨和超高分子量聚乙烯。本发明以二维层状结构的热解石墨为导电填料，有效提高了超高分子量聚乙烯的抗静电能力；所采用的三明治结构可有效改善热解石墨与超高分子量聚乙烯之间的界面结合性，使得复合材料的物理力学性能优越性得到充分发挥，并且该复合材料的制备过程简单、易操作。

技术领域

本发明涉及功能复合材料技术领域，更具体地，涉及一种热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种分子量高达数百万的线性聚合物，因其具有优良的物理力学性能如耐磨性、耐冲击、耐腐蚀、自润滑、抗冲击等，在军工、矿山、海洋工程、交通运输、电力等领域具有重要的实用价值。然而，超高分子量聚乙烯表面电阻高达10¹⁶～10¹⁷Ω，体积电阻为10¹⁷～10¹⁸Ω，介电常数为2.2～2.3，极易产生静电，提高超高分子量聚乙烯的抗静电能力，最常用的方法是在超高分子量聚乙烯中添加导电填料制备复合材料，碳系填料因其来源丰富、密度低、稳定性好、力学性能优异等优点成为首选。

目前的关于碳系填料方面的研究主要集中在炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯，而对热解石墨/超高分子量聚乙烯复合材料的研究未见报道。此外，传统的超高分子量聚乙烯/无机填料复合材料，因其两相界面结合性较差，导致复合材料的物理力学性能优越性的发挥受到限制。

鉴于此，提供一种抗静电能力好、物理学性能优越的超高分子量聚乙烯复合材料具有极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料。本发明充分利用热解石墨的导电性能及其平面结构的特性，将其作为导电材料与超高分子量聚乙烯制备成为三明治结构的复合材料，不仅提高了复合材料的抗静电性能，同时还改善了热解石墨与超高分子量聚乙烯二者间界面的结合性能，使得三明治复合材料具有优越的物理力学性能。

本发明的另一目的在于提供所述热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下方案予以实现的：

一种热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料，三明治结构复合材料由热解石墨、环氧树脂、超高分子量聚乙烯组成；其中上层、下层为超高分子量聚乙烯；中间层为热解石墨；环氧树脂为胶粘剂，用于粘连热解石墨和超高分子量聚乙烯。

热解石墨是二维层状结构，在层内以共价键结合，由于存在离域的π电子，因此在二维的层平面方向具有极好的导电性。本发明充分利用热解石墨的导电性能及其平面结构的特性，将其作为导电材料与超高分子量聚乙烯制备成为三明治结构的复合材料，不仅提高了复合材料的抗静电性能，同时还改善了热解石墨与超高分子量聚乙烯二者间界面的结合性能，使得三明治复合材料具有优越的物理力学性能。此外，由于复合材料均为层状结构，不受导热填料粒径和分散性的影响，任何粒径和分散性的热解石墨均可用于制备三明治结构的复合材料。

优选地，超高分子量聚乙烯层的厚度为1～1.5mm；热解石墨层的厚度为2～3mm；胶粘剂层的厚度为0.1～0.2mm。

优选地，所述热解石墨为高定向热解石墨。

优选地，所述超高分子量聚乙烯的重均分子量为250～600万。

优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂或双酚F型环氧树脂。

本发明同时还保护所述热解石墨/环氧树脂/超高分子量聚乙烯三明治结构复合材料的制备方法，包括如下步骤：