一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料及其制备方法与流程

本发明涉及增韧剂领域，具体涉及一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料及其制备方法。

背景技术：

1、环氧树脂是目前树脂基复合材料中常用的热固性树脂基体之一，具有黏结强度高、固化收缩率小、无小分子挥发物、工艺成型性好、耐热性好、化学稳定性好及成本低等优点。环氧树脂固化后具有高度交联的空间网络结构，塑性形变空间小，这导致环氧树脂存在抗 冲击性差、断裂韧性低、脆性高等问题等缺点，制约了其在高抗冲和高抗断裂等领域的应用与发展。而石墨烯具有优异的力学、电学及热学等性能，适合作为树脂基复合材料的增强体，在改善树脂基复合材料的综合性能上具有巨大的潜力。目前，环氧树脂最常用的增韧方法是用增韧 剂对其直接改性，即通过引入增韧剂，环氧树脂中的环氧基等基团与增韧剂中的某些基团反应形成交联网络结构，环氧树脂由单组分变成多相组分，从而增大其粘合力和拉断伸长率，提高其韧性。为此，本发明提出了一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料及其制备方法。

技术实现思路

1、针对上述存在的问题，本发明提出了一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料及其制备方法,可显著增韧环氧树脂，提升其力学性能。

2、为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

3、一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

4、石墨烯纳米片15-40%、橡胶15-35%、聚乙烯醇15-40%、无机纳米粒子5-15%、偶联剂1-3%、消泡剂1-3%；

5、其中，所述石墨烯纳米片厚度为1-5nm；片径为1μm；

6、其中，所述无机纳米粒子的颗粒大小为10-500nm。

7、优选的，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

8、石墨烯纳米片20-35%、橡胶20-30%、聚乙烯醇20-35%、无机纳米粒子8.5-12%、偶联剂1.5-2.5%、消泡剂1.5-2.5%。

9、优选的，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

10、石墨烯纳米片30%、橡胶25%、聚乙烯醇30%、无机纳米粒子11%、偶联剂2%、消泡剂2%。

11、优选的，所述偶联剂为偶联剂kh550；所述消泡剂为ks-603环氧有机硅油性消泡剂。

12、优选的，所述橡胶为端羟基丁腈橡胶。

13、优选的，所述端羟基丁腈橡胶中羟基含量为52.5-56.0mg/g。

14、优选的，所述端羟基丁腈橡胶中羟基含量为55.0mg/g；

15、优选的，所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳纳米管。

16、优选的，所述纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳纳米管的质量比为2：1：1：1。

17、优选的，所述环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料的制备方法，包括以下步骤：

18、（1）先将石墨烯纳米片加入进浓度为7.5mol/l的丙酮溶液中混合，在真空环境下混合过程中控制温度在40-50℃，然后施加1.5-2h的超声处理；

19、（2）再将聚乙烯醇、无机纳米粒子和端羟基丁腈橡胶加入，通过搅拌速度在3000-4000rpm的高速搅拌器混合均匀，然后施加1-1.5h的超声处理；

20、（3）最后再加入偶联剂和消泡剂，混合并加热升温至85-105℃，反应15-20min，再于60-65℃下恒温静置3-5h，即得所述增韧材料。

21、由于采用上述的技术方案，本发明的有益效果是：本发明的增韧材料可以显著的提升环氧树脂的力学性能，提高了体系内分子间的作用力，石墨烯可以提升环氧树脂的抗拉强度，还细化晶粒，降低环氧树脂的抗冲击强度；本发明添加了四种无机纳米粒子不仅可以与基材的基团发生键合作用，来改善树脂体系的硬度和强度。无机纳米粒子还具有很好的流动性，能够更好的分布在高分子键的空隙中，从而提高树脂体系的强度、韧性以及延展性，促进树脂体系的强韧化。

技术特征：

1.一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

2.根据权利要求1所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

3.根据权利要求2所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述增韧材料包括以下质量百分数的原料制备：

4.根据权利要求1所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述偶联剂为偶联剂kh550，所述消泡剂为ks-603环氧有机硅油性消泡剂。

5.根据权利要求1所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述橡胶为端羟基丁腈橡胶。

6.根据权利要求5所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述端羟基丁腈橡胶中羟基含量为52.5-56.0mg/g。

7.根据权利要求6所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述端羟基丁腈橡胶中羟基含量为55.0mg/g。

8.根据权利要求1所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳纳米管。

9.根据权利要求8所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料，其特征在于，所述纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、碳纳米管的质量比为2：1：1：1。

10.根据权利要求1-9任一所述的环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料的制备方法，其特征在于，所述增韧材料的制备包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种环氧树脂的石墨烯复合高分子增韧材料及其制备方法，属于增韧剂领域，该增韧材料由质量百分数为石墨烯纳米片15‑40%、橡胶15‑35%、聚乙烯醇15‑40%、无机纳米粒子5‑15%、偶联剂1‑3%、消泡剂1‑3%的原料制备；本发明的增韧材料具有显著的增韧效果，可以显著的提升环氧树脂的力学性能，可以提升环氧树脂的抗拉强度，降低环氧树脂的抗冲击强度，提高树脂体系的强度、韧性以及延展性，促进树脂体系的强韧化。

技术研发人员：张炜,刘宇星,赵世琦
受保护的技术使用者：廊坊金岛奇士胶业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/20