[发明专利]基于热固性树脂的碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高分子复合材料技术领域，具体涉及一种基于热固性树脂的碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

高性能树脂是广泛应用于工业领域的重要基础材料，因此,成为材料领域的研究重点。众所周知，现有的高性能热固性树脂存在着固化温度高、韧性差、刚性低、阻燃性差等缺陷，在一些特殊的尖端工业领域，如航空航天、电子电气、交通运输等，由于其本身性能的特点无法得以应用。因此，如何在保持现有树脂所具有的耐热性的基础上，使之兼具较低的固化温度、良好的韧性和刚性，以及突出的阻燃性，具有重要的意义。

碳纳米管（CNT）拥有极大的长径比（大于100），现有传统纤维无法比拟的高模量、高强度（理论强度可达 1.0TPa ，是钢的 100 倍），高延伸率、及优异的耐热和耐化学腐蚀性，成为下一代高性能结构复合材料和多功能材料的理想增强体。二十世纪九十年代以来，碳纳米管/热固性树脂复合材料的研究引起了人们的广泛关注。研究表明，碳纳米管可以提高热固性树脂的力学性能和热性能，但是在提高树脂阻燃性方面的效果不显著，主要原因是：首先，阻燃机理单一而导致阻燃效率低；其次，添加量较大（一般需要5～10wt%）；此外，随着对高性能材料的要求越来越高，“高性能，多功能”成为材料研究的目标，单纯地提高某一项或两项性能显然无法满足快速发展的现代工业的要求。

为了达到提高聚合物阻燃性的目的，将阻燃剂接到CNT上，获得了良好的阻燃性。参见文献：①Hai-yun Ma, Li-fang Tong, Functionalizing Carbon Nanotubes by Grafting on Intumescent Flame Retardant: Nanocomposite Synthesis, Morphology, Rheology, and Flammability，Advanced Functional Materials, 2008, 18, 414-421；②Ping’an Song, Lihua Xu, Zhenghong Guo，Yan Zhang and Zhengping Fang， Flame-retardant-wrapped carbon nanotubes for simultaneously improving the flame retardancy and mechanical properties of polypropylene，Journal of Materials Chemistry,2008, 18, 5083–5091，将膨胀型阻燃剂（IFP）接枝或包覆到CNT上，用于ABS或聚丙烯的阻燃，取得了很好的研究结果。研究工作证明：膨胀型阻燃剂接到CNT是一条提高阻燃性的有效途径。但是，CNT上接枝物为IFR，存在着与聚合物的相容性差、降低聚合物绝缘性等主要不足；此外，大量芳香环的存在，对热固性树脂的增韧不利。

文献“聚硅氧烷接枝碳纳米管及聚合物复合材料的制备与性能”（王蜜，东北林业大学硕士学位论文，2010年）将聚硅氧烷接枝到碳纳米管上，将接枝聚硅氧烷的纳米管（MWCNT-DPD）加入到聚丙烯中，与带羧基的碳纳米管（MWCNT-COOH）相比，MWCNT-DPD虽可以提高复合材料的阻燃性，但是，由于MWCNT-DPD聚丙烯的相容性差而导致力学性能降低。

值得指出，尽管围绕热固性树脂展开的碳纳米管复合材料的研究很多，但是均是围绕力学、电学、热学性能等，而关于如何获得兼具高韧性、高刚性以及优良阻燃性能的工作成果未见报道。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种在保持热固性树脂耐热性的基础上，还具有高韧性、高刚性、较低固化温度以及优良的阻燃性能的基于热固性树脂的碳纳米管复合材料及其制备方法，

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：提供一种基于热固性树脂的碳纳米管复合材料，按重量计，它包括100份热固性树脂和0.25～3份表面以化学键的形式接有含磷杂菲结构与环氧基的超支化聚硅氧烷的表面改性碳纳米管。

所述的热固性树脂为氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、环氧树脂，或它们的任意组合。

一种如上所述的基于热固性树脂的碳纳米管复合材料的制备方法，包括如下步骤：