一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料包含乙烯基酯樹脂、玻璃纖維、氧化石墨烯粉末、低輪廓劑、增稠劑、無機(jī)礦物的填料、固化劑。本發(fā)明通過利用氧化石墨烯巨大的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)賦予其優(yōu)異的復(fù)合性能，氧化石墨烯與樹脂基復(fù)合材料相復(fù)合可以明顯提高材料的熱、力、電等方面的性能。本發(fā)明所涉及的復(fù)合材料產(chǎn)品形式為片狀模塑料，采用的成型工藝為模壓成型或注射成型，本發(fā)明的制備方法簡單易行。
【專利說明】一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，尤其是一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】[0002]近10年來，國內(nèi)外已有大量GO與多種基體復(fù)合的報(bào)道，但氧化石墨烯是否實(shí)現(xiàn)單片剝離卻不明確，僅可被稱作GO/聚合物插層復(fù)合材料。2004年后，隨著石墨烯單片在普通環(huán)境下的穩(wěn)定存在被證實(shí)，以及機(jī)械剝離GO制備氧化石墨烯技術(shù)的成熟運(yùn)用，才真正意義上實(shí)現(xiàn)了氧化石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的合成。
[0003]與單壁碳納米管(SWCNT)類似，石墨烯具有熱、力、電等優(yōu)異的性能。但聚合物分子不易進(jìn)入SWCNT內(nèi)表面，而氧化石墨烯巨大的比表面積和表面豐富的官能團(tuán)賦予其優(yōu)異的復(fù)合性能，在經(jīng)過改性和還原后可在聚合物基體中形成納米級分散，從而使石墨烯片在改變聚合物基質(zhì)的力學(xué)、流變、可滲透性和降解穩(wěn)定性等方面具有更大的潛力。另外，由于氧化石墨烯成本低廉，原料易得，因此比SWCNT更具競爭優(yōu)勢。目前同外已有氧化石墨烯/聚合物復(fù)合材料的相關(guān)專利報(bào)道，應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋了能源行業(yè)的燃料電池用儲氫材料，合成化學(xué)工業(yè)的微孔催化劑載體，導(dǎo)電塑料，導(dǎo)電涂料以及建筑行業(yè)的防火阻燃材料等方面。
[0004]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料及其制備方法，由于氧化石墨烯擁有的優(yōu)異的熱、力、電等性能，本發(fā)明GO作為增強(qiáng)材料加入樹脂糊中，通過超聲分散法使其分散均勻于原料中制備出的SMC材料機(jī)械性能得到明顯增強(qiáng)，并且具有很高的熱穩(wěn)定性。
[0006]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料含有如下重量分?jǐn)?shù)比的組分:
乙烯基樹脂5-50
玻璃纖維5-30
氧化石墨烯5-30
低輪廓劑5-25
無機(jī)礦物填料10-70
增稠劑1-5
脫模劑1-10
固化劑0.1-5
所述乙烯基樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂；所述玻璃纖維是經(jīng)過硅烷基偶聯(lián)劑處理的；所述無機(jī)礦物填料為碳酸鈣、氫氧化鋁、滑石粉、高嶺土、膨潤土或云母中的任一種或幾種。[0007]所述低輪廓劑為PVAc、PS或PMMA中的任一種。所述無機(jī)礦物填料為碳酸鈣、氫氧化鋁、滑石粉、高嶺土、膨潤土或云母中的任一種或幾種。所述固化劑為TBPB或TBPB與TBPO復(fù)合引發(fā)體系，其中ΤΒΡΒ/ΤΒΡ0的重量配比為0.6-0.9/0.1-0.4。所述脫模劑為硬脂酸鋅或硬脂酸鈣中的任意一種。
[0008]本發(fā)明中，所述復(fù)合材料產(chǎn)品形式為片狀模塑料(SMC)。所述復(fù)合材料采用的成型工藝為模壓成型或注射成型。
[0009]一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法具體制備步驟如下:
(1)將GO分散于無水乙醇溶劑中，經(jīng)過超聲波振蕩Ih以將其進(jìn)一步剝離成單片的氧化石墨稀，然后加入乙烯基酷樹脂，超聲Ih ；
(2)將上述GO分散于乙烯基酯樹脂混合液、低輪廓劑、無機(jī)礦物的填料、脫模劑、固化劑按配方量投入高速剪切混合機(jī)中充分?jǐn)嚢瑁D(zhuǎn)速控制在800-1200rpm，攪拌15分鐘；
(3)迅速投入氧化鎂增稠劑，在高速攪拌1-2分鐘；
(4)快速轉(zhuǎn)移放出至SMC機(jī)組的兩個儲糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均勻涂敷上
2-4mm厚的樹脂糊，連續(xù)玻璃纖維通過圓形切到組切成24mm長度短切單纖維均勻散落在下層樹脂糊上，同步通過壓力棍，使樹脂糊與纖維浸透混合一體，再經(jīng)調(diào)整棍排除空氣；
(5)收卷裝置繞成SMC卷，然后進(jìn)入25-40°C熟化室進(jìn)行快速增稠，經(jīng)24-200小時后達(dá)到樹脂充分浸透玻璃纖維，得到氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料。
[0010]本發(fā)明使用氧化石墨烯與樹脂基復(fù)合材料相復(fù)合后，明顯提升了該材料的拉伸、壓縮、彎曲、抗沖擊等性能。得到的復(fù)合材料有優(yōu)異的機(jī)械性能并且具有很高的熱穩(wěn)定性。
【具體實(shí)施方式】
[0011]實(shí)施例1:
一種氧化石墨烯(GO)增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，其原材料組成按重量分?jǐn)?shù)為:
乙烯基樹脂20
玻璃纖維20
GO
5
低輪廓劑8
無機(jī)礦物填料40
增稠劑2
脫模劑3
固化劑2
其中:乙烯基樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂；玻璃纖維是經(jīng)過硅烷基偶聯(lián)劑處理的；低輪廓劑為PVAc ;無機(jī)礦物填料為氫氧化鋁；固化劑為TBPB或TBPB與TBPO復(fù)合引發(fā)體系，其中ΤΒΡΒ/ΤΒΡ0的重量配比為0.7/0.3 ;脫模劑為硬脂酸鋅。
[0012]具體制備步驟如下:
(I)將GO分散于無水乙醇溶劑中，經(jīng)過超聲波振蕩Ih以將其進(jìn)一步剝離成單片的氧化石墨稀，然后加入乙烯基酷樹脂，超聲Ih。
[0013](2)將上述GO分散于乙烯基酯樹脂混合液、低輪廓劑、無機(jī)礦物的填料、脫模劑、固化劑按配方量投入高速剪切混合機(jī)中充分?jǐn)嚢?，轉(zhuǎn)速控制在800-1200rpm，攪拌15分鐘。
[0014](3)迅速投入氧化鎂增稠劑，在高速攪拌1-2分鐘。
[0015](4)快速轉(zhuǎn)移放出至SMC機(jī)組的兩個儲糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均勻涂敷上2-4_厚的樹脂糊，連續(xù)玻璃纖維通過圓形切到組切成24_長度短切單纖維均勻散落在下層樹脂糊上，同步通過壓力棍，使樹脂糊與纖維浸透混合一體，再經(jīng)調(diào)整棍排除空氣。
[0016](5)收卷裝置繞成SMC卷，然后進(jìn)入25-40°C熟化室進(jìn)行快速增稠，經(jīng)24-200小時后達(dá)到樹脂充分浸透玻璃纖維，即完成本發(fā)明的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料的制備。
[0017]本實(shí)施例制得的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度250Mpa、彎曲強(qiáng)度310Mpa、沖擊強(qiáng)度8Kj/m2、熱變形溫度310°C。[0018]實(shí)施例2:
一種氧化石墨烯(GO)增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，其原材料組成按重量分?jǐn)?shù)為:
乙烯基樹脂20
玻璃纖維20
GO10
低輪廓劑8
無機(jī)礦物填料40
增稠劑2
脫模劑3
固化劑2
其中:乙烯基樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂；玻璃纖維是經(jīng)過硅烷基偶聯(lián)劑處理的；低輪廓劑為PVAc ;無機(jī)礦物填料為氫氧化鋁；固化劑為TBPB或TBPB與TBPO復(fù)合引發(fā)體系，其中ΤΒΡΒ/ΤΒΡ0的重量配比為0.7/0.3 ;脫模劑為硬脂酸鋅。
[0019]具體制備步驟如下:
(I)將GO分散于無水乙醇溶劑中，經(jīng)過超聲波振蕩Ih以將其進(jìn)一步剝離成單片的氧化石墨稀，然后加入乙烯基酷樹脂，超聲Ih。
[0020](2)將上述GO分散于乙烯基酯樹脂混合液、低輪廓劑、無機(jī)礦物的填料、脫模劑、固化劑按配方量投入高速剪切混合機(jī)中充分?jǐn)嚢?，轉(zhuǎn)速控制在800-1200rpm，攪拌15分鐘。
[0021](3)迅速投入氧化鎂增稠劑，在高速攪拌1-2分鐘。
[0022](4)快速轉(zhuǎn)移放出至SMC機(jī)組的兩個儲糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均勻涂敷上2-4_厚的樹脂糊，連續(xù)玻璃纖維通過圓形切到組切成24_長度短切單纖維均勻散落在下層樹脂糊上，同步通過壓力棍，使樹脂糊與纖維浸透混合一體，再經(jīng)調(diào)整棍排除空氣。
[0023](5)收卷裝置繞成SMC卷，然后進(jìn)入25-40°C熟化室進(jìn)行快速增稠，經(jīng)24-200小時后達(dá)到樹脂充分浸透玻璃纖維，即完成本發(fā)明的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料的制備。
[0024]本實(shí)施例制得的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，拉伸強(qiáng)度280Mpa、彎曲強(qiáng)度330Mpa、沖擊強(qiáng)度10Kj/m2、熱變形溫度330°C。
[0025]對比實(shí)施例1:
一種乙烯基酯SMC材料的制備，其原材料組成按重量分?jǐn)?shù)為乙烯基樹脂20
玻璃纖維20
GOO
低輪廓劑8
無機(jī)礦物填料40
增稠劑2
脫模劑3
固化劑2
其中:乙烯基樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂；玻璃纖維是經(jīng)過硅烷基偶聯(lián)劑處理的；低輪廓劑為PVAc ;無機(jī)礦物填料為氫氧化鋁；增稠劑為氧化鎂；固化劑為TBPB或TBPB與TBPO復(fù)合引發(fā)體系，其中ΤΒΡΒ/ΤΒΡ0的重量配比為0.7/0.3 ;脫模劑為硬脂酸鋅。
[0026]具體制備步驟如下:
(I)將乙烯基酯樹脂、低輪廓劑、無機(jī)礦物的填料、脫模劑、固化劑按配方量投入高速剪切混合機(jī)中充分?jǐn)?拌，轉(zhuǎn)速控制在800-1200rpm，攪拌15分鐘。
[0027](2)迅速投入氧化鎂增稠劑，在高速攪拌1-2分鐘。
[0028](3)快速轉(zhuǎn)移放出至SMC機(jī)組的兩個儲糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均勻涂敷上2-4_厚的樹脂糊，連續(xù)玻璃纖維通過圓形切到組切成24_長度短切單纖維均勻散落在下層樹脂糊上，同步通過壓力棍，使樹脂糊與纖維浸透混合一體，再經(jīng)調(diào)整棍排除空氣。
[0029](4)收卷裝置繞成SMC卷，然后進(jìn)入25_40°C熟化室進(jìn)行快速增稠，經(jīng)24-200小時后達(dá)到樹脂充分浸透玻璃纖維，即完成一種乙烯基酯SMC材料的制備。
[0030]本對比實(shí)施例制得的一種乙烯基酯SMC材料，拉伸強(qiáng)度50Mpa、彎曲強(qiáng)度130Mpa、沖擊強(qiáng)度2Kj/m2、熱變形溫度204°C。
【權(quán)利要求】
1.一種氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，其特征在于:所述復(fù)合材料含有如下重量分?jǐn)?shù)比的組分:
乙烯基樹脂5-50
玻璃纖維5-30
氧化石墨烯5-30
低輪廓劑5-25
無機(jī)礦物填料10-70
增稠劑1-5
脫模劑1-10
固化劑0.1-5 所述乙烯基樹脂為環(huán)氧乙烯基樹脂；所述玻璃纖維是經(jīng)過硅烷基偶聯(lián)劑處理的，所述偶聯(lián)劑為含有苯乙烯基的反應(yīng)型偶聯(lián)劑；所述無機(jī)礦物填料為碳酸鈣、氫氧化鋁、滑石粉、高嶺土、膨潤土或云母中的任一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料，其特征在于:所述低輪廓劑為PVAc、PS或PMMA中的任一種。
3.根據(jù)權(quán) 利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述的增稠劑為氧化鎂或氫氧化鎂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述固化劑為TBPB或TBPB與TBPO復(fù)合引發(fā)體系，其中ΤΒΡΒ/ΤΒΡ0的重量配比為0.6-0.9/0.1-0.4。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述脫模劑為硬脂酸鋅或硬脂酸鈣中的任意一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料制備方法，其特征在于:所述復(fù)合材料產(chǎn)品形式為片狀模塑料。
7.—種權(quán)利要求1所述的氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法具體制備步驟如下: (1)將GO分散于無水乙醇溶劑中，經(jīng)過超聲波振蕩Ih以將其進(jìn)一步剝離成單片的氧化石墨稀，然后加入乙烯基酷樹脂，超聲Ih ； (2)將上述GO分散于乙烯基酯樹脂混合液、低輪廓劑、無機(jī)礦物的填料、脫模劑、固化劑按配方量投入高速剪切混合機(jī)中充分?jǐn)嚢?，轉(zhuǎn)速控制在800-1200rpm，攪拌15分鐘； (3)迅速投入氧化鎂增稠劑，在高速攪拌1-2分鐘； (4)快速轉(zhuǎn)移放出至SMC機(jī)組的兩個儲糊槽中，行走的上、下聚乙烯薄膜均勻涂敷上2-4mm厚的樹脂糊，連續(xù)玻璃纖維通過圓形切到組切成24mm長度短切單纖維均勻散落在下層樹脂糊上，同步通過壓力棍，使樹脂糊與纖維浸透混合一體，再經(jīng)調(diào)整棍排除空氣； (5)收卷裝置繞成SMC卷，然后進(jìn)入25-40°C熟化室進(jìn)行快速增稠，經(jīng)24-200小時后達(dá)到樹脂充分浸透玻璃纖維，得到氧化石墨烯增強(qiáng)乙烯基酯復(fù)合材料。
【文檔編號】C08K5/098GK103540104SQ201310501959
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月23日
【發(fā)明者】魯平才, 魏濤, 趙釬 申請人:江蘇兆鋆新材料科技有限公司