[发明专利]一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法

权利要求书

1.一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤如下：

（1）分别配制氧化石墨烯和羧甲基纤维素钠溶液；

（2）将氧化石墨烯和羧甲基纤维素钠溶液进行共混，并添加去离子水调整混合溶液浓度，得到氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠混合溶液；

（3）在步骤（2）中得到的氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠混合溶液中加入L-抗坏血酸粉末并搅拌溶解，然后将混合溶液置于真空干燥器中抽真空以排除气泡，得到用于冰铸的混合溶液；

（4）将C字型弯折的钢板一端浸入保温的泡沫盒中，另一端置于常温条件下，将聚二甲基硅氧烷橡胶模具放在弯折的钢板表面，将步骤（3）中配好的用于冰铸的混合溶液倒入聚二甲基硅氧烷橡胶模具中，向泡沫盒中倒入液氮冷却，随着钢板的不断冷却，用于冰铸的混合溶液会逐渐凝固，直至完全冻结；

（5）将步骤（4）中冻结好的用于冰铸的混合溶液从聚二甲基硅氧烷橡胶模具中取出并放入冷冻干燥机中进行冷冻干燥处理，得到氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架；

（6）将氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架放入烘箱中进行热还原，得到石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架；

（7）利用真空辅助将环氧树脂预聚物渗入石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架中，并置于烘箱中加热固化，最后得到反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料；

所述步骤（4）中，聚二甲基硅氧烷橡胶模具靠近液氮一侧的内壁贴有平整的铝薄片，由下至上形成了竖直方向温度梯度；同时结合C字形钢板所形成的水平方向的温度梯度，在冷冻过程中存在相互垂直的两个温度梯度，形成双向冷冻，有助于氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架的层状结构的形成。

2.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，氧化石墨烯和羧甲基纤维素钠的总质量浓度可调控范围为9~15mg/mL；配制氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠混合时采用超声机进行超声，并搅拌10小时以上得到均匀的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中，L-抗坏血酸质量为用于冰铸的混合溶液中氧化石墨烯质量的10~25%。

4.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，液氮的体积为2L；通过控制液氮的体积，控制稳定的冷冻速率，使最后得到的氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架的层间距范围为20~40μm。

5.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（5）中，冷冻干燥过程中，保证压强小于1Pa，温度保持为室温，冷冻干燥时间为1~2天。

6.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（6）中，氧化石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架的热还原温度为200°C，还原时间为1小时；骨架具有导电性，且层状结构和层间距均得到了较好的维持。

7.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，真空辅助将环氧树脂预聚物渗入石墨烯-羧甲基纤维素钠层状骨架时，需反复多次抽真空，直至无明显气泡为止；烘箱中固化温度为大于130°C，固化时间为大于2小时。

8.根据权利要求1所述的一种反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（7）中，所得到的反鲍鱼壳结构高韧环氧-石墨烯纳米复合材料的断裂韧性为0.97~2.5MPa·m^1/2，且具有导电性，通过电阻变化对自身裂纹进行监测。