一種高性能碳納米管/環(huán)氧樹脂的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種提高環(huán)氧樹脂性能的技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種性能碳納米管/環(huán) 氧樹脂的制備方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 環(huán)氧樹脂是泛指分子中含有兩個或兩個W上環(huán)氧基團(tuán)的有機(jī)化合物，環(huán)氧樹脂本 身是熱塑性的，不能直接應(yīng)用，只有與固化劑進(jìn)行固化交聯(lián)生成=維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才具有實(shí)際 應(yīng)用價值。固化劑有非常多種，在種類上超過了環(huán)氧樹脂。由于環(huán)氧樹脂對固化劑的依賴 性很大，所W根據(jù)用途選擇固化劑是十分重要的。
[0003] 碳纖維是指碳的重量含量占90% W上的纖維狀碳材料?？芍圃焯祭w維的原材料非 常廣泛，不但有機(jī)纖維熱分解可制造碳纖維，而且碳材料放電生成的石墨晶須及納米碳管 或者用氣離子沖擊碳材料表面的生成物都可W制成碳纖維。但習(xí)慣上只把有機(jī)物熱分解制 成的、實(shí)質(zhì)上僅由碳構(gòu)成的、直徑5~15 ym的纖維狀物質(zhì)稱為碳纖維。
[0004] 在環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備過程中，氨基化碳納米管作為納米增強(qiáng)材料被廣泛的使 用。經(jīng)檢索同濟(jì)大學(xué)CN200610028986. 9的發(fā)明專利設(shè)及一種氨基化碳納米管/環(huán)氧樹脂 高性能復(fù)合材料的制備方法。通過用多元胺類化合物對碳納米管進(jìn)行表面化學(xué)修飾，制備 了帶有氨基的碳納米管。通過適當(dāng)?shù)某暡ㄕ袷幏稚⒑蛷?qiáng)力攬拌分散，并通過氨基化碳納 米管中的氨基與環(huán)氧樹脂中的環(huán)氧基團(tuán)之間的交聯(lián)反應(yīng)，提高了碳納米管在環(huán)氧樹脂中的 分散性，增強(qiáng)了碳納米管與環(huán)氧樹脂之間的連接力，從而制備了高性能環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。
[0005] 申請人在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，氨基化碳納米管表面的氨基基團(tuán)極性較大，在與環(huán)氧 樹脂混合過程中，環(huán)氧樹脂對氨基化碳納米管的浸潤性較差，因而氨基化碳納米管在W固 態(tài)粉末形式加入到環(huán)氧樹脂基體中并不能夠很好的發(fā)揮氨基化改性對改善分散性的效能。 同時，表面惰性使其與基體之間的界面結(jié)合力較弱，在受載時應(yīng)力不能有效的在基體和碳 納米管之間轉(zhuǎn)移。針對碳納米管的分散性差，界面結(jié)合力差等缺點(diǎn)。
[0006] 鑒于此，申請人發(fā)明了一種新的方法將碳納米管表面進(jìn)行接枝處理，功能化預(yù)處 理，并將其均勻分散在環(huán)氧樹脂固化劑中。使得碳納米管能夠顯著增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料 的各方面性能，且本發(fā)明的制備方便快捷，在實(shí)際應(yīng)用方面具有更加高效等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0007] 本發(fā)明的目的是在于將氨基化碳納米管與環(huán)氧化合物進(jìn)行預(yù)處理，可W提高碳納 米管的分散性和碳納米管與樹脂浸潤性。
[000引本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容如下：
[0009] 一種高性能碳納米管/環(huán)氧樹脂的制備方法，包括如下步驟：
[0010] 步驟I :按照條件I和條件II將組分1添加到組分2中，攬拌，得到混合物I ;
[0011] 步驟II ;將混合物I在氮?dú)獗Ｗo(hù)下球磨0. 5~化，得到混合物II ;
[0012] 步驟III;將混合物II在150°C的條件下油浴，得到混合物III;
[001引步驟IV ;將混合物III常溫靜置，得到混合物IV ;
[0014] 步驟V ;將組分3和組分4按照條件m和條件IV在90°C下攬拌混合，得到混合物 V ;
[001引步驟VI ;將混合物IV和混合物V在60w的超聲功率下處理；
[0016] 其中，所述組分1為氨基化碳納米管；
[0017] 所述組分2為芐基縮水甘油離；
[0018] 所述組分3為二氨基二苯基己燒；
[0019] 所述組分4為二己基甲苯二胺；
[0020] 所述條件I :所述組分1的質(zhì)量占所述碳納米管/環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的0.5%~ 2% ；
[0021] 所述條件II ;所述組分1和組分2的質(zhì)量比為1/1~2/3 ;
[0022] 所述條件III;所述組分3的質(zhì)量占所述碳納米管/環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的60%~ 80% ；
[0023] 所述條件IV ;所述組分4的質(zhì)量占所述碳納米管/環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的18%~ 36% ；
[0024] 所述制備方法還包括將研磨后的碳納米管篩分出60-100目。
[0025] 所述球磨的優(yōu)選條件為：球磨轉(zhuǎn)速200~5(K)r/min，連續(xù)球磨lOmin后需間歇 5min。
[0026] 所述步驟III優(yōu)選在150°C油浴中機(jī)械攬拌2-化。
[0027] 有益效果；
[002引與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有一下明顯優(yōu)點(diǎn)：
[0029] (1)酷胺化的碳納米管和功能化環(huán)氧化合物在球磨室中轉(zhuǎn)子的高能碰撞下發(fā)生反 應(yīng)。同時一定的球磨時間能夠有效剪短碳納米管的長度，適中的長徑比有利于碳納米管在 樹脂基體中的分散。
[0030] (2)功能化的環(huán)氧化合物一端的環(huán)氧基團(tuán)與酷胺化碳管表面的氨基基團(tuán)反應(yīng)，接 枝到碳管表面，另一端的烷基鏈的極性較小與環(huán)氧樹脂的相容性增強(qiáng)。
[0031] (3)本發(fā)明由于對氨基化多壁碳納米管進(jìn)行了球磨、油浴和超聲等處理，得到了液 體碳納米管，與二氨基二苯基己燒和二己基甲苯二胺相容性較好，因此在超聲處理之后多 壁碳納米管不會出現(xiàn)沉降，其在環(huán)氧樹脂體系中分散性好、適用期長。
[0032] (4)該碳納米管/環(huán)氧樹脂可W直接使用，加入樹脂基體中，與樹脂基體發(fā)生反 應(yīng)，不僅能起到原固化劑的作用，而且其中的液體碳納米管可W有效分散到樹脂基體中，提 高樹脂的模量和初性。
[0033] (5)發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)使碳納米管/環(huán)氧樹脂有顯著提升，使制備出的環(huán)氧樹脂誘 鑄體樣條拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量等性能指標(biāo)均有提高。本發(fā)明得到含 液體碳納米管的環(huán)氧樹脂。該體系具有易于保存，使用方便快捷的特點(diǎn)，可W提高環(huán)氧樹脂 的力學(xué)性能。
【附圖說明】
[0034] 圖1 ;實(shí)施例1環(huán)氧樹脂誘鑄體斷裂面掃描電子顯微鏡照片
【具體實(shí)施方式】
[0035] 通過W下實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。各實(shí)施例中，樹脂基體固化物的拉伸性 能按照GB2568 - 81進(jìn)行測試得到，彎曲性能按照GB2570-81進(jìn)行測試得到。
[0036] 實(shí)施例1
[0037] 本實(shí)施例中的有四種組分，分別為：
[003引組分1 ;氨基化多壁碳納米管，所述氨基化碳納米管采用中國科學(xué)院成都有機(jī)化 學(xué)有限公司購買的表面接枝二己基甲苯二胺的氨基化碳納米管。
[0039] 組分2 ;芐基縮水甘油離；
[0040] 組分3 ;二氨基二苯基己燒；
[0041] 組分4 ;二己基甲苯二胺。
[0042] 本實(shí)施例的具體實(shí)施步驟如下：
[0043] 1.將氨基化碳納米管進(jìn)行研磨。
[0044] 2.將研磨后的碳納米管放入電動振篩機(jī)中，篩分出目數(shù)為100的氨基化碳納米 管。
[0045] 3.取0. 5g步驟2篩分出的100目氨基化碳納米管加入到0. 5g芐基縮水甘油離 中，常溫下機(jī)械攬拌化得到黑色粘稠狀液體，命名為混合物I。
[0046] 4.將混合物I加入行星式球磨機(jī)中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下球磨0. 5~1. 5h，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速 為200~5(K)r/min，連續(xù)球磨lOmin后需間歇5min，得到均勻的黑色粘稠液體，命名為混合 物II。
[0047] 5.將混合物II放在150°C油浴中機(jī)械攬拌2h，得到混合物III。
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