一种氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及高分子纳米复合材料，具体为一种氧化石墨烯增强环氧vitrimer 纳米复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、传统环氧树脂是应用最广泛的热固性高分子材料之一，具有机械强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性好、粘接性能优异等特点，在航空航天、汽车制造、电子封装、结构粘接等领域具有不可替代的地位。但传统环氧树脂一经固化形成永久三维交联网络，无法熔融、溶解、再加工或回收利用，废弃物难以降解，造成严重资源浪费与环境压力。

2、vitrimer（玻璃化聚合物）凭借动态共价键网络，在外部刺激（如加热）下可发生可逆键交换，使材料在保持热固性材料力学强度的同时，具备热塑性材料的再加工、可回收、可修复、可焊接、形状记忆等特性，是替代传统热固性材料的理想绿色体系。以4-氨基苯基二硫化物为固化剂的环氧 vitrimer，因动态二硫键结构，在中温下即可实现快速应力松弛与网络重排，具有良好工业化潜力。

3、氧化石墨烯（go）具有高比表面积、高杨氏模量、优异界面相容性，可在低添加量下显著提升聚合物基体的力学、热学与结构稳定性。目前现有技术存在以下不足：

4、1）不同纵横比氧化石墨烯在环氧vitrimer中的分散性、界面结合机制不明确；

5、2）氧化石墨烯对环氧vitrimer的模量、玻璃化转变温度、应力松弛行为的影响规律缺乏系统研究；

6、3）难以同时实现高模量、快应力松弛、良好可回收性的一体化高性能vitrimer基纳米复合材料。

7、为此，本发明提供一种氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料及其制备方法，有效解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述不同纵横比氧化石墨烯在环氧vitrimer中的分散性、界面结合机制不明确；氧化石墨烯对环氧vitrimer的模量、玻璃化转变温度、应力松弛行为的影响规律缺乏系统研究；难以同时实现高模量、快应力松弛、良好可回收性的一体化高性能vitrimer基纳米复合材料中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的提供一种机械强度高、界面结合好、应力松弛快、可再加工可回收、电绝缘稳定的氧化石墨烯/环氧vitrimer纳米复合材料，并提供可重复、可工业化的制备方法。

4、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

5、一种氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料，其特征在于，由环氧树脂、4-氨基苯基二硫化物固化剂和氧化石墨烯组成；所述氧化石墨烯的添加量为基体重量的1wt.%；所述基体为含动态二硫键的环氧vitrimer网络。

6、优选的，所述氧化石墨烯为商业氧化石墨烯goc或改进hummers法合成的氧化石墨烯goh。

7、优选的，所述氧化石墨烯在环氧vitrimer基体中的分散性优于传统环氧树脂基体。

8、优选的，所述复合材料的电导率为10⁻9 s/m量级，为绝缘材料。

9、优选的，添加1wt.%goc使环氧vitrimer的储能模量提升约30%。

10、优选的，所述复合材料在120℃下表现快速应力松弛，具有可再加工、可回收、自修复特性。

11、优选的，所述氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

12、（1）将氧化石墨烯分散于丙酮，超声30min得到分散液；

13、（2）加入环氧树脂，80℃搅拌18h除去丙酮；

14、（3）加入4-氨基苯基二硫化物固化剂，搅拌均匀；

15、（4）80℃真空脱气1h；

16、（5）倒入模具，120℃固化2.5h，150℃固化2h，得到复合材料。

17、优选的，所述氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料在可回收结构复合材料、自修复材料、形状记忆材料、汽车轻量化材料、航空航天材料、电子封装材料中的应用。

18、与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

19、1）界面结合强，分散均匀，不易团聚；

20、2）低添加量（1wt.%）实现显著力学增强；

21、3）动态二硫键网络赋予材料快应力松弛、可再加工、可回收、可自修复；

22、4）电绝缘稳定，适用于电子封装与结构绝缘部件；

23、5）制备工艺简单、条件温和，适合工业化生产。

1.一种氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料，其特征在于，由环氧树脂、4-氨基苯基二硫化物固化剂和氧化石墨烯组成；所述氧化石墨烯的添加量为基体重量的1wt.%；所述基体为含动态二硫键的环氧vitrimer网络。

2.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯为商业氧化石墨烯goc或改进hummers法合成的氧化石墨烯goh。

3.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述氧化石墨烯在环氧vitrimer基体中的分散性优于传统环氧树脂基体。

4.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料的电导率为10⁻9 s/m量级，为绝缘材料。

5.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，添加1wt.%goc使环氧vitrimer的储能模量提升约30%。

6.根据权利要求1所述的纳米复合材料，其特征在于，所述复合材料在120℃下表现快速应力松弛，具有可再加工、可回收、自修复特性。

7.一种权利要求1-6任一项所述氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.权利要求1-6任一项所述氧化石墨烯增强环氧vitrimer纳米复合材料在可回收结构复合材料、自修复材料、形状记忆材料、汽车轻量化材料、航空航天材料、电子封装材料中的应用。