[发明专利]一种改性石墨烯增强环氧树脂的复合材料及制备方法

说明书

本发明属于纳米科技技术复合新材料领域，具体涉及一种改性石墨烯复合材料。本发明提出了一种改性石墨烯增强环氧树脂的复合材料，通过hummer法制备的氧化石墨烯表面进行氨基化，羧基化的改性再与导热纳米粉体均匀分散再还原后通过球磨法使之与环氧树脂均匀混合，再通过固化后测定其绝缘和导热性能，结果表示添加30wt%的改性石墨烯复合物，导热性能从0.2W•m^‑1•K^‑1提高到1.6W•m^‑1•K^‑1，导电性能方面依然是绝缘体。

技术领域

本发明属于复合新材料领域，具体涉及到一种改性石墨烯增强环氧树脂的复合材料及改性方法。

背景技术

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，它是一种只有一个原子厚的结晶体,自从发现石墨烯以来，石墨烯已经成为纳米材料界中的焦点，自身优异的平面网状结构使得他在导热（5300W/(m*K)）、导电（电子迁移率200000cm2•v-1•s-1）、增韧（断裂强度125GPa）等诸多方面有着良好的应用前景。

稠环羧酸包括双环的萘乙酸、萘氧乙酸等，三环的蒽甲酸、蒽乙酸等，四环的包括芘丁酸等还有更多稠环的酸类物质，因为石墨烯是超级大π共轭结构，所以用稠环羧酸接触有利于增加氧化石墨烯的表面的羧基浓度。

高导热无机纳米颗粒包括氧化铝、氮化铝、氮化硼等一系列高导热的无机颗粒，他们与传统金属粉末相比具有高导热、低密度等优势，特别是在做导热添加剂时在考虑密度的情况下加入这些低密度高导热的无机纳米粉末有着很好的应用价值。

目前市场上流通的环氧树脂导热胶能进行滴浇工艺的大多数是低导热的导热性能较差的品种，超过1 W/(m*K)导热系数的环氧导热胶不仅价格昂贵，而且不方便施工。

发明内容

为了解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种导热性能好的改性石墨烯复合材料及其制备方法。

本发明通过在氧化石墨烯表面负载大量羧基化合物提高了氧化石墨烯表面的羧基占比，相当于间接提高了石墨片层的氧化程度，表面电性更加强烈，利于后续在与带正电荷的无机纳米颗粒结合。

本发明通过将稠环羧酸（萘乙酸、萘氧乙酸、蒽甲酸、蒽乙酸、芘丁酸等）在偶联剂KH550、KH560等作用下经过超声等手段与氧化石墨烯进行了很好地负载，再将负载后的羧基化氧化石墨烯与带正电荷的纳米颗粒（氧化铝、氮化铝、氮化硼）等进行再次分散，使得纳米颗粒能够均匀的分散在氧化石墨烯片层之中，并且经过试验得到经无机纳米颗粒分散后的羧基化氧化石墨烯静置15天都未发生聚沉现象，说明羧基化氧化石墨烯与无机纳米颗粒得到了很好地分散，氧化石墨烯自身未发生团聚，很好地保持了纳米状态。

本发明通过将氧化石墨烯与纳米颗粒负载后在还原，在还原时，还原现象明显，还原效果突出，还原后的还原型改性氧化石墨烯和纳米颗粒体积比纯的还原氧化石墨烯体积大5倍之多，说明还原后团聚现象不明显，比纯的氧化还原型石墨烯更有力的保证了纳米尺度性。

纯的环氧树脂E51在常温下粘度大，纳米粉末自身空隙多，两者正常情况下是很难均匀混合的，一般混合都会有大量的微量气泡存在，本发明的另一优势就在于巧妙地保存良好的纳米级石墨烯，通过球磨法将石墨烯与环氧树脂完全混合，达到了几乎没有气泡的状态，完全混合均匀后，本发明通过连续生产的方法将部分后面还能花石墨烯和环氧树脂取出再注入新的环氧树脂从而使球罐内部的剩余料能够很好地被带动并流入下一次，既避免了原料浪费同时也保证了每次下料的均匀性。

本发明有两大优势，其一：通过改性得到纳米尺寸的功能化石墨烯；其二：通过球磨使得纳米颗粒与环氧树脂很好地混合。 凭借着者两大优势本发明还提供了另外一种改性石墨烯的制备，具体改性石墨烯的制备如以下步骤：

S1 : 以浓硫酸、浓硝酸、双氧水，石墨粉等原料通过hummer法制备得到氧化石墨烯，并通过离心等手段得到中性氧化石墨烯乙醇溶液；