本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域；具體涉及環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy Resin)是近年來(lái)被廣泛應(yīng)用的一種高分子熱固性合成材料,它具有優(yōu)良的粘接性能、抗腐蝕性能和電絕緣性能等等,被廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑和工程材料領(lǐng)域。在電氣電子、機(jī)械制造、化工防腐、船舶碼頭、航空航天等許多工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用,是各種工業(yè)領(lǐng)域中不可或缺的基礎(chǔ)材料之一。環(huán)氧樹(shù)脂具有如此多的應(yīng)用是由于其優(yōu)異的力學(xué)性能，電絕緣性能，收縮率低，粘接性能好，耐化學(xué)性，良好的加工性能，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。EP質(zhì)脆，對(duì)其進(jìn)行增韌改性也是必須的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種制備環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的方法，通過(guò)水熱法制備出碳納米管/納米鎳復(fù)合材料，再利用乳化機(jī)將碳納米管/納米鎳均勻的分散在環(huán)氧樹(shù)脂中。采用原位聚合法制備環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料，目的在于對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂增強(qiáng)其力學(xué)性能。

本發(fā)明中環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的制備方法是按下述步驟進(jìn)行的：

步驟一、在碳納米管上負(fù)載納米鎳粉；

步驟二、然后加入環(huán)氧樹(shù)脂中，乳化分散，得到環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物；

步驟三、將步驟二制得的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物與固化劑PA-651分別預(yù)熱后混勻，再倒入預(yù)熱好的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中，放入烘箱中固化，得到環(huán)氧樹(shù)脂/石墨烯/納米鎳復(fù)合材料；

其中步驟三所述的固化是先在70℃溫度下反應(yīng)2h，再在125℃溫度下反應(yīng)2.5h，然后在150℃溫度下反應(yīng)1h。

步驟一中碳納米管負(fù)載納米鎳粉的方法如下：稱取1.8g的NiSO₄·6H₂O和0.3g多壁碳納米管溶于25mL乙二醇中形成溶液，加入NaOH溶液，所述NaOH溶液是將1.2g NaOH加入10mL水中超聲溶解配置成的，再加入11mL 80％的水合肼，反應(yīng)液攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)2h，待反應(yīng)時(shí)間到冷卻后，離心過(guò)濾，依次用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，在50℃下真空干燥24h，得到納米鎳/多壁碳納米管復(fù)合物。

步驟二中將質(zhì)量百分比為0.9％的碳納米管/納米鎳分別加入60g環(huán)氧樹(shù)脂(E-51)中，利用乳化機(jī)進(jìn)行乳化分散，轉(zhuǎn)速4500r/min乳化分散5min-7min，得到環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物。

所述的環(huán)氧樹(shù)脂為E-51環(huán)氧樹(shù)脂。

步驟三中將分散好的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物及固化劑PA-651(低分子聚酰胺)分別放入63℃烘箱中預(yù)熱2h后混合，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3-5min(排出裹在環(huán)氧樹(shù)脂中的氣泡)，形成環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳預(yù)聚物，倒入到經(jīng)過(guò)55℃預(yù)熱2.5h的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中，接著放入烘箱固化，得到環(huán)氧樹(shù)脂/石墨烯/納米鎳復(fù)合材料。

固化劑PA-651用量是環(huán)氧樹(shù)脂的50wt％。

本研究首先將納米鎳負(fù)載在碳納米管上，然后采用特殊工藝將納米鎳/碳納米管均勻分散在環(huán)氧樹(shù)脂基體中，研制環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料工程塑料。碳納米管可增強(qiáng)、增韌，納米鎳可提高導(dǎo)電性。因此這樣制得的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料就具有了優(yōu)良的導(dǎo)電性和優(yōu)異的機(jī)械性能，使得其在膠粘劑、電子儀表、航空航天、涂料、電子電氣絕緣材料等領(lǐng)域應(yīng)用更為廣泛。

所述方法制備的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料，碳納米管/納米鎳在環(huán)氧樹(shù)脂中的分散性良好，與純環(huán)氧樹(shù)脂相比，當(dāng)碳納米管/納米鎳含量為2.3wt％時(shí)抗拉強(qiáng)度分別增加了47.3％。

1、在碳納米管充當(dāng)表面活性劑條件下，制得的納米鎳粉粒徑在納米級(jí)，尺寸穩(wěn)定，粒徑較??；

2、本發(fā)明中還原劑為水合肼，水合肼在反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生氮?dú)饽苡行ё柚辜{米鎳的氧化，同時(shí)產(chǎn)生的水對(duì)其反應(yīng)沒(méi)有任何影響；

3、采用乳化機(jī)對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳體系分散，此方法簡(jiǎn)單、易操作、分散性較好，不需要添加任何表面修飾劑及偶聯(lián)劑；

4、采用原位聚合法制備環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料，其性能與純環(huán)氧樹(shù)脂相比，當(dāng)碳納米管/納米鎳含量為2.3wt％時(shí)抗拉強(qiáng)度增加了47.3％。

附圖說(shuō)明

圖1是環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的SEM圖；

圖2是純環(huán)氧樹(shù)脂、碳納米管/納米鎳、環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳的XRD圖；

圖3是環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的DMA圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式中環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的制備方法，其特征在于該方法是按下述步驟進(jìn)行的：

步驟一、稱取1.8g的NiSO₄·6H₂O和0.3g多壁碳納米管溶于25mL乙二醇中形成溶液，加入1.2g NaOH加入10mL水超聲溶解配置成的溶液，再加入11mL 80％的水合肼，反應(yīng)液攪拌均勻后，轉(zhuǎn)移至不銹鋼高壓反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)2h，待反應(yīng)時(shí)間到冷卻后，離心過(guò)濾，依次用蒸餾水和無(wú)水乙醇洗滌，在50℃下真空干燥24h，得到納米鎳/多壁碳納米管復(fù)合物；

步驟二、將質(zhì)量百分比為0.9％的碳納米管/納米鎳分別加入60g環(huán)氧樹(shù)脂(E-51)中，利用乳化機(jī)進(jìn)行乳化分散，轉(zhuǎn)速4500r/min乳化分散5min-7min，得到環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物；

步驟三、將分散好的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳混合物及固化劑低分子聚酰胺(PA-651)(固化劑PA-651用量是環(huán)氧樹(shù)脂的50wt％。)分別放入63℃烘箱中預(yù)熱2h后混合，以100r/min的轉(zhuǎn)速攪拌3-5min(排出裹在環(huán)氧樹(shù)脂中的氣泡)，形成環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳預(yù)聚物，倒入到經(jīng)過(guò)55℃預(yù)熱2.5h的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中。接著放入烘箱固化，得到環(huán)氧樹(shù)脂/石墨烯/納米鎳復(fù)合材料，固化條件為：70℃/2h，125℃/2.5h，150℃/1h。

通過(guò)圖1描電鏡可以觀察到其斷面圖形成的新表面除了河流線清晰外，裂紋和斷面都十分的整齊勻稱，沒(méi)有發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，證明碳納米管的酸化處理解決了復(fù)合材料存在易團(tuán)聚的現(xiàn)象，也避免了因在環(huán)氧樹(shù)脂中分散性差而導(dǎo)致的復(fù)合材料力學(xué)性能低的問(wèn)題。

通過(guò)圖2 XRD測(cè)試，圖中曲線a是純環(huán)氧樹(shù)脂的XRD曲線，在2θ為15°～25°的位置出現(xiàn)峰值較小，峰寬較大的峰，這是環(huán)氧樹(shù)脂的特征峰；曲線b是碳納米管/納米鎳的XRD曲線，除有鎳的特征峰外也有石墨烯的特征峰；曲線c是環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳的XRD曲線，圖中出現(xiàn)了較純環(huán)氧樹(shù)脂特征峰過(guò)寬的吸收峰，是因?yàn)榄h(huán)氧樹(shù)脂和石墨烯的特征峰發(fā)生了重疊，此外沒(méi)有氧化銅的特征峰出現(xiàn)了，說(shuō)明了成功的制備出了環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料。

圖3是碳納米管/納米鎳含量不同的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳復(fù)合材料的損耗因子曲線，從圖中可以看出由于局限效應(yīng)隨著碳納米管/納米鎳含量的加入損耗因子的峰位逐漸向高溫方向移動(dòng)，純環(huán)氧樹(shù)脂的峰值為104℃，而采乳化分散法制備得到碳納米管/納米鎳含量為0.9wt％的環(huán)氧樹(shù)脂/碳納米管/納米鎳固化物的峰位出現(xiàn)在117℃處，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度提高了13℃。這是由于碳納米管/納米鎳具有較強(qiáng)的表面能和化學(xué)反應(yīng)活性，能夠與環(huán)氧樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)鍵合作用，形成化學(xué)交聯(lián)點(diǎn)，鏈段的運(yùn)動(dòng)能力下降，使得分子鏈的活動(dòng)阻力增加，從而提高它們的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。說(shuō)明碳納米管/納米鎳的加入，使得基體環(huán)氧樹(shù)脂的耐熱性得到明顯的改善。