改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Fe203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)因其具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、電學(xué)、力學(xué)、儲氫等特能，所以在納米電子器件、超強(qiáng)復(fù)合材料、儲氫材料、催化劑載體等諸多新領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用前景。與單壁碳納米管相比，多壁碳納米管(MWCNTs)的生產(chǎn)成本低，并且管徑可在較寬的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，因此基于多壁碳納米管的復(fù)合材料更貼近實(shí)際并能容易滿足產(chǎn)業(yè)化要求。但由于碳納米管為一堆納米材料，直徑在納米尺寸范圍，長度在微米尺寸范圍，長涇比一般在1000以上，因其特殊的結(jié)構(gòu)形態(tài)，碳納米管之間互相纏繞，難于分散，使用性能并不理想。
[0003]環(huán)氧樹脂具有粘結(jié)性強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此可將其應(yīng)用于涂料、粘合劑、電子封裝和復(fù)合材料等領(lǐng)域，但因其缺點(diǎn)是固化后內(nèi)應(yīng)力大，易剝離和開裂，并且耐疲勞、耐熱和沖擊韌性差，導(dǎo)致其應(yīng)用范圍受限。
[0004]碳納米管和環(huán)氧樹脂的用途都很廣，國內(nèi)外都開始關(guān)注將這兩種物質(zhì)結(jié)合起來形成一種復(fù)合材料，發(fā)揮其兩者優(yōu)勢，則會成為一種綜合性能優(yōu)異的復(fù)合材料，但由于碳納米管容易相互纏繞聚集，表面活性不高，與樹脂的粘結(jié)性差，很難均勻分散在樹脂中，得到的復(fù)合材料性能不佳。因此現(xiàn)有技術(shù)中采用濃硫酸和硝酸的混合酸對碳納米管進(jìn)行酸化后直接用KH560改性碳納米管，可以在一定程度上改善其分散性，但當(dāng)碳納米管加量稍多時，其分散性能并不夠理想，導(dǎo)致其與有機(jī)高分子混合制備的復(fù)合材料性能受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對上述不足之處而提供的一種Fe203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，通過制備Fe203-MWCNTs雜化材料，適當(dāng)?shù)亟档投啾谔技{米管的比表面積，得到長徑比相對較高的Fe203-MWCNTS復(fù)合材料，同時用KH560對其進(jìn)行有機(jī)改性，其與環(huán)氧樹脂混合后，明顯改善了其與環(huán)氧樹脂的相容性，從而得到分散性能良好的納米復(fù)合涂層，同時也增加復(fù)合涂層的防腐蝕性能以及機(jī)械性能。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0007]一種Fe203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0008](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0009]稱取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋，抽濾，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0010](2) Fe203-MWCNTs雜化材料的制備
[0011]稱取酸化后的多壁碳納米管于去離子水中，超聲分散15min，再移入三口燒瓶中在40°C下強(qiáng)烈攪拌30min，將氯化鐵慢慢加入三口燒瓶中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為9.2，在80°C下反應(yīng)4h，將所得溶液靜置12h，過濾、烘干得到Fe (OH) 3_MWCNTs雜化粒子，然后將其置于500°C下煅燒2h，得到Fe203-MWCNTs雜化材料;其中與去離子水混合超聲分散15min后酸化多壁碳納米管濃度為5%，氯化鐵與酸化后的多壁碳納米管的重量比為2:1;
[0012](3)改性 Fe203-MWCNTs 的制備
[0013]稱取Fe203-MWCNTS雜化材料加入無水乙醇/去離子水混合溶液中，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min，然后在80°C下攪拌lh，過濾、烘干，得改性的Fe203-MWCNTS;其中無水乙醇/去離子水混合溶液中去離子水與無水乙醇的體積比為1:6; Fe203-MWCNTs雜化材料與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:20;KH560占Fe203-MWCNTs雜化材料重量的2% ;攪拌速度為200r/min;
[0014](4)Fe203-MWCNTs/epoxy 復(fù)合材料的制備
[0015]將改性的Fe203-MWCNTs與環(huán)氧樹脂混合，快速攪拌混勻制得Fe203-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層，其中改性的Fe203-MWCNTS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。
[0016]提供的一種Fe203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，具有以下幾種有益效果:
[0017](1)通過氧化鐵和KH560對多壁碳納米管進(jìn)行有機(jī)-無機(jī)改性，明顯改善了其與環(huán)氧樹脂的相容性，當(dāng)改性后的Fe203-MWCNTs與環(huán)氧樹脂混合后，可以得到分散性良好的納米復(fù)合涂層，可以增加復(fù)合涂層的防腐性能及機(jī)械性能。
[0018](2)制備過程簡單，適應(yīng)于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0019]圖1 為Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在濃度為3.5% 的 NaCl 溶液中浸泡2h后的阻抗譜圖；
[0020]圖2 為Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在濃度為3.5% 的NaCl 溶液中浸泡48h后的阻抗譜圖；
[0021 ]圖 3 為Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在濃度為3.5% 的NaCl 溶液中浸泡64h后的阻抗譜圖；
[0022]圖4為epoxy在濃度為3.5%的NaCl溶液中浸泡48h的能譜圖；
[0023]圖5為epoxy在濃度為3.5%的NaCl溶液中浸泡64h的能譜圖；
[0024]圖6 為Fe203-MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 在濃度為3.5% 的NaCl 溶液中浸泡96h后的阻抗譜圖；
[0025]圖7 為Fe203-MffCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 的熱失重圖譜；
[0026]圖8為Fe203-MWCNTs/印oxy復(fù)合材料斷面放大10000倍的SEM圖；
[0027]圖9為MWCNTs/epoxy復(fù)合材料斷面放大10000倍的SEM圖；
[0028]圖10為epoxy斷面放大10000倍的SEM圖；
[0029]圖11為Fe203-MWCNTs/印oxy復(fù)合材料斷面放大30000倍的SEM圖；
[0030]圖12為MWCNTs/epoxy復(fù)合材料斷面放大30000倍的SEM圖；[0031 ] 圖13為Fe203-MWCNTs/印oxy復(fù)合材料斷面放大50000倍的SEM圖；
[0032]圖14為MWCNTs/epoxy復(fù)合材料斷面放大50000倍的SEM圖；
[0033]圖15為epoxy斷面放大50000倍的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]實(shí)施例1
[0035]一種Fe203改性多壁碳納米管/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0036](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0037]稱取多壁碳納米管于燒杯中，然后加入濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1的混酸，超聲振蕩lh后移入三口燒瓶中，40°C，200r/min攪拌12h，接著用去離子水稀釋，抽濾，用0.lmol/L氫氧化鈉溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳納米管;其中多壁碳納米管與混酸的重量比為1: 10;濃硫酸的濃度為98%，濃硝酸濃度為95% ;
[0038](2)Fe203-MWCNTs雜化材料的制備
[0039]稱取酸化后的多壁碳納米管于去離子水中，超聲分散15min，再移入三口燒瓶中在40°C下強(qiáng)烈攪拌30min，將氯化鐵慢慢加入三口燒瓶中，用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH值為9.2，在80°C下反應(yīng)4h，將所得溶液靜置12h，過濾、烘干得到Fe (OH) 3_MWCNTs雜化粒子，然后將其置于500°C下煅燒2h，得到Fe203-MWCNTs雜化材料;其中與去離子水混合超聲分散15min后酸化多壁碳納米管濃度為5%，氯化鐵與酸化后的多壁碳納米管的重量比為2:1;
[0040](3)改性 Fe203-MWCNTs 的制備
[0041 ] 稱取Fe203-MWCNTs雜化材料加入無水乙醇/去離子水混合溶液中，超聲分散30min，再加入KH560，超聲分散20min，然后在80°C下攪拌lh，過濾、烘干，得改性的Fe203-MWCNTS;其中無水乙醇/去離子水混合溶液中去離子水與無水乙醇的體積比為1:6; Fe203-MWCNTs雜化材料與無水乙醇/去離子水混合溶液的重量比為1:20;KH560占Fe203-MWCNTs雜化材料重量的2% ;攪拌速度為200r/min;
[0042](4)Fe203-MWCNTs/epoxy 復(fù)合材料的制備
[0043]將改性的Fe203-MWCNTs與環(huán)氧樹脂混合，快速攪拌混勻制得Fe203-MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層，其中改性的Fe203-MWCNTS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。
[0044]實(shí)施例2
[0045]—種MWCNTs/epoxy復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟:
[0046](1)酸化多壁碳納米管的制備
[0047]稱取多壁碳納米管于燒杯中，然