本發明涉及金屬粘結劑領域，具體涉及一種環氧-石墨烯金屬粘結劑及其制備方法。
背景技術：
石墨烯是一種由sp2雜化軌道碳原子形成的二維超共軛蜂窩網狀結構材料，與其他碳材料如碳納米管、富勒烯、金剛石等結構有很大區別。自從2004年英國曼切斯特大學k.s.novoselov和k.kim兩位教授首次利用微機械剝離法處理高定向熱解石墨得到單層石墨烯后，由于石墨烯具有的優異性能，其理論比表面積可以達到2630m2g-1，電子遷移率達到200000cm2v-1s-1，導熱率達到5000wm-1k-1，還有楊氏模量達到1.0tpa以及透光率達到97.7％，這些優異性能為石墨烯材料轉化為實際應用材料賦予了堅實的基礎。
制備高質量高產量的石墨烯仍然是一個挑戰性的問題。石墨烯制備方法可分為自下向上合成方法和自上而下合成方法。在自下向上的合成過程中，包含多種方法如化學氣相沉積法(cvd)，電弧法，外延生長和碳納米管氧化剪切法。在自上而下的合成過程中，石墨烯可由微機械剝離法，液相剝離法或氧化還原法制備。
目前在復合材料領域，將石墨烯與聚合物制備復合材料始終是一個熱點。環氧樹脂(epoxyresin)是指分子主鏈上含有兩個或兩個以上環氧基團有機低分子聚合物，固化后的環氧樹脂具有優異的力學性能、耐腐蝕、耐溶劑、耐熱、電性能好，并且其粘接力強，廣泛應用于涂料、復合材料、膠黏劑、土建材料、電子電器絕緣材料等領域。目前，環氧樹脂金屬粘結劑仍存在剪切強度小、拉伸強度低等問題，不能夠有效應用到技術要求高的應用領域，利用石墨烯作為納米填料對環氧樹脂進行改性研究，可以顯著提高環氧樹脂復合材料力學性能、導電性和導熱性能等，但目前很少將復合材料應用在金屬粘結劑領域。
技術實現要素：
為了解決現有環氧樹脂金屬粘結劑拉伸剪切強度小的關鍵問題，本發明提供了一種環氧-石墨烯金屬粘結劑及其制備方法，使用機械共混與超聲共混手段使石墨烯分散在環氧樹脂基體中，最后制備得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
本發明通過如下技術方案實現的。
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量份計，該粘結劑包括環氧樹脂50～65份，聚醚胺30～45份，石墨烯0.1～10份，硅烷偶聯劑0.1～10份。
優選的，以重量份計，該粘結劑包括環氧樹脂52～60份，聚醚胺35～40份，石墨烯0.5～6份，硅烷偶聯劑0.5～6份。
優選的，所述環氧樹脂選自雙酚a環氧樹脂、酚醛環氧樹脂、雙酚f環氧樹脂、縮水甘油酯類環氧樹脂、縮水甘油胺類環氧樹脂以及有機硅改性環氧樹脂中的一種或幾種。
優選的，所述聚醚胺選自d2000、d400、d230、ed600和ed900中的一種或幾種。
優選的，所述硅烷偶聯劑為一端含有氨基或環氧基團，另一端為三乙烷氧基或三烷氧基的硅烷偶聯劑。
優選的，所述硅烷偶聯劑與石墨烯的質量比為(1～4)：1。
優選的，所述石墨烯采用插層剝離法制備，包括以下步驟：取無水氯化鐵(fecl3)與天然鱗片石墨放入不銹鋼內襯水熱反應釜中并且攪拌均勻，再置于馬弗爐中，設置溫度為280～370℃，反應15～24h后取出冷卻至室溫；將冷卻后的產物在水中洗滌，以除去未進行插層的過量fecl3，直到洗滌后的上清液無色即可，再放入鼓風干燥箱中烘干，得到一階石墨插層化合物；將制備得到的一階石墨插層化合物置于燒杯中，再配置質量濃度為1％～10％的硼氫化鈉水溶液，然后將硼氫化鈉水溶液倒入所述燒杯中，石墨插層化合物迅速膨脹，然后在超聲振蕩條件下分別使用稀鹽酸、水、無水乙醇洗滌至最后溶液呈中性，最后真空過濾得到石墨烯，再干燥過夜，最后經過機械粉碎之后得到石墨烯粉末；所述無水氯化鐵與天然鱗片石墨的質量比為(6～12):1。
以上所述的一種環氧-石墨烯金屬粘結劑的制備方法，包括如下步驟：
(1)按照重量份數稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先進行攪拌混合，然后超聲振蕩混合，再加熱攪拌，即得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
優選的，步驟(2)所述攪拌的速度為10000～20000r/min。
優選的，步驟(2)所述加熱攪拌的溫度為55～65℃，時間為20～40分鐘。
與現有技術相比，本發明具有如下優點與技術效果：
本發明的環氧-石墨烯金屬粘結劑對鋁基材的拉伸剪切強度可以達到15.4mpa，較純環氧金屬粘結劑提高25.20％；對鋼基材可以達到15.0mpa，較純環氧金屬粘結劑提高275.9％；對銅基材可以達到26.3mpa，較純環氧金屬粘結劑提高69.68％。
具體實施方式
以下結合實例對本發明的具體實施作進一步的說明，但本發明的實施方式不限于此。
采用插層剝離法制備石墨烯：取無水氯化鐵(fecl3)(16g)與天然鱗片石墨(2g)按質量比為8:1放入100ml不銹鋼內襯水熱反應釜中并且攪拌均勻，再將其置于馬弗爐中，設置溫度為310℃，反應20h時間后取出冷卻至室溫。將冷卻后的產物在去離子水中洗滌，以除去未進行插層的過量fecl3，直到洗滌后的上清液無色即可，然后放入溫度為75℃的鼓風干燥箱中烘干，得到一階石墨插層化合物。將制備得到的一階石墨插層化合物置于500ml燒杯中，配置濃度為4wt％的硼氫化鈉水溶液，將硼氫化鈉水溶液(50ml)倒入燒杯中，石墨插層化合物迅速膨脹，然后在超聲振蕩條件下分別使用稀鹽酸(10wt％，300ml)、去離子水、無水乙醇洗滌3次至最后溶液呈中性，最后真空過濾得到石墨烯，放置于75℃真空烘箱干燥過夜，最后經過機械粉碎之后得到石墨烯粉末。
實施例1
一種環氧金屬粘結劑的制備方法，以重量組分計包括：環氧樹脂(e51)60份，聚醚胺(d400)40份。
以上所述的環氧金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照重量份稱取環氧樹脂和聚醚胺；
(2)將環氧樹脂和聚醚胺加入容器中混合，60℃加熱，15000r/min機械攪拌20分鐘，即可得到環氧金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片貼合完全，最后放入烘箱里固化，固化條件為：60℃恒溫3小時、80℃恒溫1小時、100℃恒溫30分鐘。
實施例2
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量組分計算包括：環氧樹脂e5160份，聚醚胺d40039份，石墨烯0.5份，硅烷偶聯劑kh5500.5份。
以上所述環氧-石墨烯金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照以上重量份稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先機械混合、后超聲振蕩混合，60℃加熱，15000r/min機械攪拌30分鐘，即可得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧-石墨烯金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片完全貼合，最后放入烘箱里固化，固化條件為：先60℃恒溫3小時、再80℃恒溫1小時、最后100℃恒溫30分鐘。
實施例3
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量組分計算包括：環氧樹脂e5159.5份，聚醚胺d40038份，石墨烯1份，硅烷偶聯劑kh5501.5份。
以上所述環氧-石墨烯金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照以上重量份稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先機械混合、后超聲振蕩混合，60℃加熱，15000r/min機械攪拌30分鐘，即可得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片完全貼合，最后放入烘箱里固化，固化條件為：60℃恒溫3小時、80℃恒溫1小時、100℃恒溫30分鐘。
實施例4
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量組分計算包括：環氧樹脂e5158.5份，聚醚胺d40037份，石墨烯2份，硅烷偶聯劑kh5502.5份。
以上所述環氧-石墨烯金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照以上重量份稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先機械混合、后超聲振蕩混合，60℃加熱，15000r/min機械攪拌30分鐘，即可得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片完全貼合，最后放入烘箱里固化，固化條件為：60℃恒溫3小時、80℃恒溫1小時、100℃恒溫30分鐘。
實施例5
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量組分計算包括：環氧樹脂e5157.5份，聚醚胺d40036份，石墨烯3份，硅烷偶聯劑kh5503.5份。
以上所述環氧-石墨烯金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照以上重量份稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先機械混合、后超聲振蕩混合，60℃加熱，17000r/min機械攪拌30分鐘，即可得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片完全貼合，最后放入烘箱里固化，固化條件為：60℃恒溫3小時、80℃恒溫1小時、100℃恒溫30分鐘。
實施例6
一種環氧-石墨烯金屬粘結劑，以重量組分計算包括：環氧樹脂e5154.5份，聚醚胺d40035份，石墨烯5份，硅烷偶聯劑kh5505.5份。
以上所述環氧-石墨烯金屬粘結劑，由以下步驟制備而成：
(1)按照以上重量份稱取環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑；
(2)將環氧樹脂、聚醚胺、石墨烯和硅烷偶聯劑加入容器中先機械混合、后超聲振蕩混合，60℃加熱，17000r/min機械攪拌30分鐘，即可得到環氧-石墨烯金屬粘結劑。
(3)按照gb/t21526-2008標準，利用玻璃棒將所得環氧金屬粘結劑涂覆在干凈的鋁片或鋼片或銅片上，涂層厚度能覆蓋鋁片或鋼片或銅片表面即可，隨后緊壓將多余粘結劑排出，使上下兩個鋁片或鋼片或銅片完全貼合，最后放入烘箱里固化，固化條件為：60℃恒溫3小時、80℃恒溫1小時、100℃恒溫30分鐘。
對以上實施例所制得的環氧-石墨烯金屬粘結劑進行性能測試，與相同方法制備的環氧樹脂金屬粘結劑按照gb/t21526-2008標準進行測試，具體結果見表1。
表1
從以上試驗結果可以看出，實施例3-7所制得的環氧-石墨烯金屬粘結劑對鋁基材的拉伸剪切強度可以達到15.4mpa，較純環氧金屬粘結劑提高25.20％；對鋼基材可以達到15.0mpa，較純環氧金屬粘結劑提高275.9％；對銅基材可以達到26.3mpa，較純環氧金屬粘結劑提高69.68％。