一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法技术

一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法，属于材料制备领域，其特征在于包括如下步骤：（1）将GFR超声分散在四氢呋喃中再添加到环氧树脂中，混合物在机械搅拌1小时后，放入真空烘箱去除溶剂；（2）将固化剂加热至并加入混有GFR的环氧树脂中，高速恒温搅拌；（3）最后将混合物放于真空烘箱中抽气，去除搅拌引起的气泡，将环氧树脂倒入聚四氟乙烯模具中，常温固化后取出即可获得。通过嵌有石墨烯的有机无机杂化阻燃剂GFR与环氧树脂制备阻燃环氧复合材料，通过本发明专利技术所述复合材料的制备方法所制备的GFR环氧树脂复合材料的热稳定性、阻燃性能、力学性能、电性能均得到明显改善，且制备工艺简单，易于操作，适于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料制备领域，尤其涉及一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法。
技术介绍
环氧树脂是分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物的总称。其结构以分子链中含有活泼的环氧基团为特征，环氧基团可以位于分子链的末端、中间或成环状结构，相对分子质量一般不高。由于环氧基团的存在，可与多种类型的固化剂发生交联反应而形成不溶、不熔的具有三向网状结构的高聚物。环氧树脂发展迅速、种类繁多且不断有新产品被开发出来，其分类方式也很多。环氧树脂固化物的阻燃方法主要有反应型和添加型两种，前者成本低廉，简单易行，后者则对环氧树脂制品的影响较小，阻燃效果也较好。添加型阻燃技术是将具有阻燃效应的物质(即阻燃剂)直接与环氧树脂共混,以提升环氧树脂阻燃性能的方法。石墨烯由于其出众的物理化学性质越来越多地用来提高环氧树脂的性能。石墨烯具有很好的阻热性能，可在聚合物燃烧时作为阻隔层，降低热释放速率，防止可燃分子进入火焰中。然而，不像膨胀石墨，由于不具有层状结构，往呈单片层分散在聚合物基材中，所以不能在受热时产生膨胀的效果。因而并不能被直接用作膨胀型阻燃剂，据研究表明，单纯的将石墨烯纳米填料加入环氧树脂中，并不能表现出很好的阻燃性能。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将GFR超声分散在四氢呋喃中再添加到环氧树脂中，混合物在60℃下机械搅拌1小时后，放入真空烘箱去除溶剂；（2）将固化剂加热至60℃并加入混有GFR的环氧树脂中，高速恒温搅拌；（3）最后将混合物放于真空烘箱中抽气，去除搅拌引起的气泡，将环氧树脂倒入聚四氟乙烯模具中，常温固化后再60℃固化4小时取出即可获得。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述GFR中石墨粉的目数为80目。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述真空烘箱的温度为60℃，烘干时间为24h。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述高速恒温搅拌时间为30min。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述常温固化时间为12小时。本专利技术的技术效果在于：本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，通过嵌有石墨烯的有机无机杂化阻燃剂GFR与环氧树脂制备阻燃环氧复合材料，通过本专利技术所述复合材料的制备方法所制备的GFR环氧树脂复合材料的热稳定性、阻燃性能、力学性能、电性能均得到明显改善，且制备工艺简单，易于操作，适于推广应用。具体实施方式实施例一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将GFR超声分散在四氢呋喃中再添加到环氧树脂中，混合物在60℃下机械搅拌1小时后，放入真空烘箱去除溶剂；（2）将固化剂加热至60℃并加入混有GFR的环氧树脂中，高速恒温搅拌；（3）最后将混合物放于真空烘箱中抽气，去除搅拌引起的气泡，将环氧树脂倒入聚四氟乙烯模具中，常温固化后再60℃固化4小时取出即可获得。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述GFR中石墨粉的目数为80目。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述真空烘箱的温度为60℃，烘干时间为24h。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述高速恒温搅拌时间为30min。本专利技术所述的GFR环氧树脂复合材料的制备方法，所述常温固化时间为12小时。纯环氧树脂的起始分解温度是315℃，GO/EP和GFR/EP两种复合材料的起始分解温度都有所下降，主要是由于GO上的含氧基团以及GFR中的PBTP结构在低温下就容易发生热分解。由于GFR比GO的热稳定性高，所以GFR/EP的起始分解温度也高于GO/EP复合材料。DTG图反映了材料最大热失重温度及热失重速率。GO/EP的Tmax和EP的极为相似，而GFR/EP的Tmax和最大热失重速率则要低于EP，且随着GFR添加份数的增加，两者数值降低的越多。添加GFR量为两份时，最大热失重温度下降了46℃。T5%和Tmax的双双降低可归结为GFR中含磷含氮键的热的不稳定性，在较高温度下，O=P-N键分解释放出氨气和异氰酸（HCNO），而当温度高于300℃时，HCNO一方面又会继续分解生成氨气和二氧化碳，这些惰性气体的释放可以稀释聚合物表面的氧气和可燃性气体的浓度，从而减缓火焰传播速率。另一方面HCNO也可能会进行缩聚形成含氮杂环化合物，覆盖在聚合物表层，保护内部聚合物防止进一步燃烧。此外，GFR/EP体系在高温下的成碳率要远高于GO/EP，在都添加一份时，前者比后者残炭率提高10.4%。实际上，通过计算发现，GO/EP体系的实验残炭量基本等于理论残炭量，即相当于GO和EP各自热分解的总残炭量，说明在该体系中，两者并没有相互作用。但在GFR/EP体系中，实验残炭量要高出理论值数倍，说明在热分解过程中，GFR和EP基体发生了相互作用。这是由于体系磷酸酯和磷酰胺在300-500℃之间也开始大量降解释放大量的热，溢出氨气等小分子惰性气体以及产生磷酸或者焦磷酸等结构。这些含磷结构的形成一方面可以促进炭化过程。另一方面体系含有的Si-O结构在高温时可形成Si-C键，燃烧残渣与碳化物构成复合物无机层，可以阻止燃烧生成的挥发物外泄，阻隔氧气与树脂接触，可以增强炭层的稳定性。相比于纯环氧树脂，GFR/EP的最大热释放速率巨幅下降了44.7%，而GO/EP只下降了18%。总热释放量也比GO/EP低了31.4%，说明GFR对EP相比于GO是一种更好的阻燃剂。磷氮硅的协效作用使得GFR兼具了气相和凝聚相阻燃机理，再加上石墨烯良好的隔热性能，极大提高了环氧树脂在火焰中的燃烧行为。GFR/EP体系中，内层表面坑洼是内部分解的气体外溢冲击内层表面的结果，除了有些许形状规则的小孔，大部分是连续规整的结构，而外层则更为明显，相当的致密，没有破损，因而可以很好地对热量和气体进行阻隔，延缓火焰的传播。以上说明含有多种阻燃元素的GFR可以促进致密碳层的形成，提高成碳的稳定性，这和前面热失重分析中的结论是一致的。常温25℃下，纯环氧的储能模量为1266MPa，且都随着温度升高而逐渐下滑，这是因为在发生从玻璃态向橡胶态的转变过程中，发生的能量损耗造成的。GFR的添加可以提升环氧的储能模量，当添加2wt%GFR时，储能模量上升了57%达到1982Mpa。然而继续提高GFR的含量并没有带来储能模量的连续上升。含有3wt%GFR的EP的储能模量为1410MPa，低于GFR含量为1wt%的环氧树脂。而当添加量达到4wt%时，储能模量降为1178Mpa，比纯环氧还低。这是由于过量的GFR团聚较为严重，不能很好的分散，影响了在环氧分子链和固化剂间的交联密度，交联密度的降低会导致机械性能的下降。这种“交联密度”效应在以往的研究中也有过报道。玻璃化转变温度对应于损耗角正切值的最大值。纯EP的Tg为78.7℃，随着GFR的添加，Tg逐渐向低温区移动，证明GFR起到了塑化剂的作用，促进了环氧基材中的链段运动。不同添加量的GFR所对应的介电常数和电导率也基本相同。当GFR添加量较低时，介电常数甚至发生了稍微的降低。这是因为虽然在改性GO时PBTP消除了GO上的部分含氧基团，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将GFR超声分散在四氢呋喃中再添加到环氧树脂中，混合物在60℃下机械搅拌1小时后，放入真空烘箱去除溶剂；（2）将固化剂加热至60℃并加入混有GFR的环氧树脂中，高速恒温搅拌；（3）最后将混合物放于真空烘箱中抽气，去除搅拌引起的气泡，将环氧树脂倒入聚四氟乙烯模具中，常温固化后再60℃固化4小时取出即可获得。

【技术特征摘要】
1.一种GFR环氧树脂复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）将GFR超声分散在四氢呋喃中再添加到环氧树脂中，混合物在60℃下机械搅拌1小时后，放入真空烘箱去除溶剂；（2）将固化剂加热至60℃并加入混有GFR的环氧树脂中，高速恒温搅拌；（3）最后将混合物放于真空烘箱中抽气，去除搅拌引起的气泡，将环氧树脂倒入聚四氟乙烯模具中，常温固化后再60℃固化4小时取出即可获得。2.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝青，
申请(专利权)人：陕西环珂生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61