苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种复合材料及其制备方法，特别涉及一种苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]石墨烯是首个实现的单原子厚度的二维碳原子晶体，也是性能优异的新型纳米复合材料的填料。近几年来，由于石墨烯把二维材料从概念变成现实，引起了化学和物理界的轰动。氧化石墨烯是一种二维纳米碳材料，其表面含有丰富的含氧基团。氧化石墨烯是片层石墨在强酸和强氧化剂作用下，氧原子进入石墨层结合η电子，以羰基、羟基、羧基与碳网面内的碳原子结合形成共价键型石墨层间化合物，并使层间的31键断裂。氧化石墨烯具有特殊的二维结构和丰富的表面官能团，这赋予其优良的复合性能。氧化石墨烯与环氧树脂等的复合材料已经得到了深入的研究。
[0003]苯并噁嗪是一类新型的酚醛树脂，它与普通酚醛树脂的区别在于成型固化过程中没有小分子放出，体积变化率接近为0，并具有良好的分子设计性。苯并噁嗪的制备以酚类、醛类和伯胺类化合物为原料反应制得。苯并噁嗪固化物具有良好的耐热性、耐湿性、机械性能和电气性能，其缺点为固化温度高。
[0004]氧化石墨烯表面的羧基可以作为苯并噁嗪开环聚合的催化剂，加速苯并噁嗪的开环聚合，降低其聚合温度，改善苯并噁嗪树脂的加工性能。同时氧化石墨烯表面的其他含氧基团，也容易与苯并噁嗪聚合物生成氢键，提高树脂的力学和热学性能。因此采用简易的工艺制备苯并噁嗪、环氧树脂与氧化石墨烯的复合材料，具有十分重要的意义。
【发明内容】
[0005]针对上述问题，本发明的目的是提供一种苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料及其制备方法，该三元复合材料既保留了苯并噁嗪零体积收缩、高耐热指数、良好的机械电气性能、耐热耐湿性能，又降低了固化温度，增加了韧性。比单纯的苯并噁嗪氧化石墨烯复合材料具有更优异的性能。
[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料的制备方法，包括如下步骤:
步骤1、将氧化石墨烯溶于溶剂中制得氧化石墨烯溶液；
步骤2、将苯并噁嗪和环氧树脂溶于溶剂中制得苯并噁嗪-环氧树脂溶液；
步骤3、在步骤1制得的氧化石墨烯溶液中加入步骤2制得的苯并噁嗪-环氧树脂溶液，搅拌使之分散均匀，制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物；
步骤4、将步骤3制得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物烘干制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体；
步骤5、将步骤4制得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体固化，得到所述苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料。
[0007]优选地，所述溶剂为乙醇。
[0008]更优选地，所述氧化石墨烯溶液的浓度为0.01~20g/Lo
[0009]更优选地，步骤2中，苯并噁嗪和环氧树脂的重量比例为100: (20~200)，所述苯并噁嗪-环氧树脂溶液中乙醇的重量百分比为70%。
[0010]优选地，步骤1中，将氧化石墨烯溶于溶剂中后，经功率为300~800W的超声波处理l~3h制得所述氧化石墨稀溶液。
[0011]优选地，步骤3中，分散均匀后，在用功率为300~800W的超声波处理l~3h制得所述苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料溶液。
[0012]优选地，步骤4中，烘干在50~90°C的真空烘箱中进行。
[0013]优选地，按照150~180°C /h的速率进行固化。
[0014]优选地，所述苯并噁嗪中间体为双酚A型或苯酚型，所述环氧树脂为双酚A型或双酚F型。
[0015]—种所述的制备方法制得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料，所述苯并噁嗪、环氧树脂、氧化石墨烯的重量比为100: (20~200): (0.001~3)。
[0016]本发明采用以上技术方案，具有如下优点:由于苯并噁嗪与环氧树脂的混溶性，苯并噁嗪能够借助于环氧树脂与氧化石墨烯已经形成的均匀复合结构而与氧化石墨烯均匀的分散；三元复合材料既保留了苯并噁嗪零体积收缩、高耐热指数、良好的机械电气性能、耐热耐湿性能，又降低了固化温度，增加了韧性。比单纯的苯并噁嗪氧化石墨烯复合材料具有更优异的性能。
【附图说明】
[0017]图1为现有技术中的环氧树脂/苯并噁嗪复合材料的DCS曲线；
图2为本发明的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料的DSC曲线。
【具体实施方式】
[0018]下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
[0019]实施例1
步骤1，将氧化石墨烯0.007g溶于乙醇中，再用功率为300~800瓦的超声波处理2小时，制得浓度为0.01 g/L的氧化石墨烯溶液。
[0020]步骤2，称取苯并噁嗪中间体15g、环氧树脂3g，加乙醇42g，制得苯并噁嗪-环氧树脂溶液。
[0021]步骤3，在所述氧化石墨烯乙醇溶液中加入所述苯并噁嗪-环氧树脂溶液，搅拌30分钟使之分散均匀，再用步骤1中的超声波处理1小时，制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物。
[0022]步骤4，将将步骤3制得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物放入50°C的真空烘箱中，烘干混合物中的乙醇，制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体。
[0023]步骤5，将步骤4所得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体，按照150~180°C /h的速率进行固化，得到苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料。
[0024]所述苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中，苯并噁嗪、环氧树脂、氧化石墨烯的重量比例为100:20:0.001。
[0025]实施例2
步骤1，将氧化石墨烯0.45g溶于乙醇中，再用功率为300~800瓦的超声波处理3小时，制得浓度为20 g/L的氧化石墨烯溶液。
[0026]步骤2，称取苯并噁嗪中间体15g、环氧树脂30g，加乙醇105g，制得苯并噁嗪-环氧树脂溶液。
[0027]步骤3，在所述氧化石墨烯乙醇溶液中加入所述苯并噁嗪-环氧树脂溶液，搅拌30分钟使之分散均匀，再用步骤1中的超声波处理2小时，制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物。
[0028]步骤4，将将步骤3制得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯混合物放入90°C的真空烘箱中，烘干混合物中的乙醇，制得苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体。
[0029]步骤5，将步骤4所得的苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中间体，按照150~180°C /h的速率进行固化，得到苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料。
[0030]所述苯并噁嗪/环氧树脂/氧化石墨烯复合材料中，苯并噁嗪、环氧树脂、氧化石墨烯的重量比例为100:200:3。
[0031]实施例3
步骤1，将氧化石墨烯0.0lg溶于乙醇中，再用功率为300~800瓦的超声波处理1小时，制得浓度为0.1 g/L的氧化石墨烯溶液。
[0032]步骤2，称取苯并噁嗪中间体15g、环氧树脂15g，加乙醇7