本发明涉及导电复合材料技术领域，具体是一种硅基石墨烯树脂导电复合材料及其制备方法和应用。
背景技术：
环氧树脂是一种具有高度交联的网状结构的热固性树脂。它最突出的性能是优异的热氧化稳定性和优异的电绝缘性能。此外，环氧树脂还具有卓越的耐潮、防水、耐寒、耐臭氧等耐候性能，但耐溶剂的性能较差。因此环氧树脂主要用于制备绝缘漆、憎水涂料等。
石墨烯目前是世上最薄却也是最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光；导热系数高达5300w/m·k，高于碳纳米管和金刚石，常温下其电子迁移率超过15000cm2/v·s，比纳米碳管或硅晶体高，而电阻率只约
10-6ω·cm，比铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。正因为它的电阻率极低，电子迁移的速度极快，石墨烯是世界上导电性最好的材料，根据其优异的导电性，使它在微电子领域也具有巨大的应用潜力。石墨烯有可能会成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，碳元素更高的电子迁移率可以使未来的计算机获得更高的速度。
将环氧树脂应用于电子行业等的涂覆存在一个很大的缺点就是导电性能差，极大地限制了其使用范围。通过加入导电填料来提环氧树脂涂料的导电性性能，通常添加量较大。
技术实现要素：
本发明目的在于克服现有技术的不足，适应现实发展，提供一种硅基石墨烯树脂导电复合材料。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种硅基石墨烯树脂导电复合材料，包括下列重量份的原料：氧化石墨烯30～50份、环氧树脂20～40份、异氰酸酯15～35份、丙烯酸丁酯15～35份、二甲肼15～30份、n-甲基-2-吡咯烷酮10～25份、十六烷基三甲氧基硅烷10～25份、硅烷偶联剂10～20份、苯酚10～20份、二苯胺10～20份、甲苯10～20份和纳米硅粉3～5份。
对上述基础方案进行优选，包括下列重量份的原料：氧化石墨烯40份、环氧树脂30份、异氰酸酯25份、丙烯酸丁酯25份、二甲肼22份、n-甲基-2-吡咯烷酮20份、十六烷基三甲氧基硅烷20份、硅烷偶联剂15份、苯酚15份、二苯胺15份、甲苯15份和纳米硅粉4份。
本发明还公开了上述硅基石墨烯树脂导电复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)取氧化石墨烯倒入n-甲基吡咯烷酮，混合均匀后进行超声处理，静置，取上清液，在70～180℃下热处理，得到固体粉末；
(2)将固体粉末、纳米硅粉和十六烷基三甲氧基硅烷加入水中，超声分散均匀，然后将苯酚、二苯胺和硅烷偶联剂相继加入其中，并继续超声分散均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液置于70～100℃下反应24～120h，得到有机凝胶；
(3)取异氰酸酯、丙烯酸丁酯、甲苯和水加入反应釜中，混合均匀，再将有机凝胶倒入反应釜，升高温度至50～60℃，保温搅拌40～50min，滴加6～10mol/l的氢氧化钠，调节ph至11～12，搅拌均匀，加入二甲肼，在75～80℃条件下，保温搅拌16～24h，得到硅基石墨烯，然后加入环氧树脂，在惰性气体保护下，加热至200～300℃，保温反应8～12h，出料冷却，去离子水、无水乙醇依次洗涤2～3次，80～85℃条件下真空干燥1～2h，得到硅基石墨烯树脂导电复合材料。
优选地，所述氧化石墨烯是通过优化的hummers方法制备得到的，步骤是将石墨粉溶于硝酸钠和浓硫酸混合液中冰浴，而后缓慢加入高锰酸钾，升温至50℃，加入浓硝酸后加水稀释，最后在双氧水的水溶液中沉降，取沉淀离心得到。
上述硅基石墨烯树脂导电复合材料能够作为导电、导热材料应用。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果如下：
(1)通过添加硅基石墨烯和高温热处理提高了环氧树脂的导电性、耐热性和韧性。
(2)在惰性气体的保护下，避免硅基石墨烯与空气中的氧气接触，加热至200～300℃反应，硅基石墨烯表面活性位点进行原位化学反应，使羟基、羧基、羰基等与氢键相互作用，利用π键电子传输，使得到的硅基石墨烯树脂导电复合材料具备良好的导电性能和导热性能。
本发明所提供的制备硅基石墨烯树脂导电复合材料的方法，使热塑性树脂与石墨烯相互作用，使复合材料的分子间具有较强的作用力，且赋予其较好的导电导热能力，降低生产成本。
本发明提供的硅基石墨烯树脂导电复合材料能够作为导电、导热材料，可以用来作为导电薄膜、耐腐导热材料、导电纤维、防腐导电涂料等应用制备行业，制成各种军工及民用等导电塑料产品，满足客户的需求，具有很好的商业价值。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施例做详细说明。
实施例1
一种硅基石墨烯树脂导电复合材料，包括下列重量份的原料：氧化石墨烯30份、环氧树脂20份、异氰酸酯15份、丙烯酸丁酯15份、二甲肼15份、n-甲基-2-吡咯烷酮10份、十六烷基三甲氧基硅烷10份、硅烷偶联剂10份、苯酚10份、二苯胺10份、甲苯10份和纳米硅粉3份。
上述硅基石墨烯树脂导电复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)取氧化石墨烯倒入n-甲基吡咯烷酮，混合均匀后进行超声处理3h，静置，取上清液，在70℃下热处理，得到固体粉末；
(2)将固体粉末、纳米硅粉和十六烷基三甲氧基硅烷加入水中，超声分散均匀，然后将苯酚、二苯胺和硅烷偶联剂相继加入其中，并继续超声分散均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液置于70℃下反应24h，得到有机凝胶；
(3)取异氰酸酯、丙烯酸丁酯、甲苯和水加入反应釜中，混合均匀，再将有机凝胶倒入反应釜，升高温度至50℃，保温搅拌40min，滴加6mol/l的氢氧化钠，调节ph至11，搅拌均匀，加入二甲肼，在75～80℃条件下，保温搅拌16h，得到硅基石墨烯，然后加入环氧树脂，在氮气保护下，加热至200℃，保温反应8h，出料冷却，去离子水、无水乙醇依次洗涤2～3次，80～85℃条件下真空干燥1h，得到硅基石墨烯树脂导电复合材料。
所述氧化石墨烯是通过优化的hummers方法制备得到的，步骤是将石墨粉溶于硝酸钠和浓硫酸混合液中，冰浴，而后缓慢加入高锰酸钾，升温至50℃，加入浓硝酸后加水稀释，最后在双氧水的水溶液中沉降，取沉淀离心得到。
所述硅基石墨烯树脂导电复合材料的电导率为：3.2×102s/m。
实施例2
一种硅基石墨烯树脂导电复合材料，包括下列重量份的原料：氧化石墨烯40份、环氧树脂30份、异氰酸酯25份、丙烯酸丁酯25份、二甲肼22份、n-甲基-2-吡咯烷酮20份、十六烷基三甲氧基硅烷20份、硅烷偶联剂15份、苯酚15份、二苯胺15份、甲苯15份和纳米硅粉4份。
上述硅基石墨烯树脂导电复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)取氧化石墨烯倒入n-甲基吡咯烷酮，混合均匀后进行超声处理4h，静置，取上清液，在150℃下热处理，得到固体粉末；
(2)将固体粉末、纳米硅粉和十六烷基三甲氧基硅烷加入水中，超声分散均匀，然后将苯酚、二苯胺和硅烷偶联剂相继加入其中，并继续超声分散均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液置于85℃下反应80h，得到有机凝胶；
(3)取异氰酸酯、丙烯酸丁酯、甲苯和水加入反应釜中，混合均匀，再将有机凝胶倒入反应釜，升高温度至55℃，保温搅拌45min，滴加8mol/l的氢氧化钠，调节ph至12，搅拌均匀，加入二甲肼，在75～80℃条件下，保温搅拌20h，得到硅基石墨烯，然后加入环氧树脂，在氦气保护下，加热至250℃，保温反应10h，出料冷却，去离子水、无水乙醇依次洗涤2～3次，在80～85℃条件下真空干燥1.5h，得到硅基石墨烯树脂导电复合材料。
所述氧化石墨烯是通过优化的hummers方法制备得到的，步骤是将石墨粉溶于硝酸钠和浓硫酸混合液中，冰浴，而后缓慢加入高锰酸钾，升温至50℃，加入浓硝酸后加水稀释，最后在双氧水的水溶液中沉降，取沉淀离心得到。
所述硅基石墨烯树脂导电复合材料的电导率为：2.8×102s/m。
实施例3
一种硅基石墨烯树脂导电复合材料，包括下列重量份的原料：氧化石墨烯50份、环氧树脂40份、异氰酸酯35份、丙烯酸丁酯35份、二甲肼30份、n-甲基-2-吡咯烷酮25份、十六烷基三甲氧基硅烷25份、硅烷偶联剂20份、苯酚20份、二苯胺20份、甲苯20份和纳米硅粉5份。
上述硅基石墨烯树脂导电复合材料的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)取氧化石墨烯倒入n-甲基吡咯烷酮，混合均匀后进行超声处理5h，静置，取上清液，在180℃下热处理，得到固体粉末；
(2)将固体粉末、纳米硅粉和十六烷基三甲氧基硅烷加入水中，超声分散均匀，然后将苯酚、二苯胺和硅烷偶联剂相继加入其中，并继续超声分散均匀，得到混合溶液，将所述混合溶液置于100℃下反应120h，得到有机凝胶；
(3)取异氰酸酯、丙烯酸丁酯、甲苯和水加入反应釜中，混合均匀，再将有机凝胶倒入反应釜，升高温度至60℃，保温搅拌50min，滴加10mol/l的氢氧化钠，调节ph至12，搅拌均匀，加入二甲肼，在75～80℃条件下，保温搅拌24h，得到硅基石墨烯，然后加入环氧树脂，在氩气保护下，加热至300℃，保温反应12h，出料冷却，去离子水、无水乙醇依次洗涤2～3次，在80～85℃条件下真空干燥1～2h，得到硅基石墨烯树脂导电复合材料。
所述氧化石墨烯是通过优化的hummers方法制备得到的，步骤是将石墨粉溶于硝酸钠和浓硫酸混合液中，冰浴，而后缓慢加入高锰酸钾，升温至50℃，加入浓硝酸后加水稀释，最后在双氧水的水溶液中沉降，取沉淀离心得到。
所述硅基石墨烯树脂导电复合材料的电导率为：3.0×102s/m。
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。