[发明专利]一种多壁碳纳米管/环氧树脂复合薄膜的制备方法及其所用的装置

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种多壁碳纳米管/环氧树脂复合薄膜的制备方法及其所用的装置。

背景技术

环氧树脂是一种常用的热固性工程材料，优良的综合性能使其在胶粘剂、机械、绝缘材料、涂料等领域得到广泛应用。

多壁碳纳米管具有超强的力学性能、热学性能、特有的电学、磁学、光学性能，目前多壁碳纳米管作为改性剂制备高性能聚合物基复合材料已成为研究的热点。

多壁碳纳米管在环氧树脂中的分散是制备高性能复合材料的关键。目前提高多壁碳纳米管在聚合物中的分散性的主要方法之一是机械分散。机械分散动力场主要指通过超声、高速搅拌、高速剪切等，实现多壁碳纳米管在基体中的分散，高速搅拌或高速剪切将多壁碳纳米管分散于环氧树脂中，可以起到一定的分散效果。但是，这种方法能量消耗大，不适合大规模应用。超声产生的振动能及高能量对多壁碳纳米管团簇产生冲击及解离作用，以克服多壁碳纳米管间的范德华力实现多壁碳纳米管在液体中的分散，但单一的分散效果并不十分理想。

发明内容

本发明的目的之一是为了解决上述多壁碳纳米管在环氧树脂中的团聚及克服不同分散技术中存在的技术问题，而提供一种多壁碳纳米管/环氧树脂复合薄膜的制备方法，该制备方法采用超声/高压静电力场协同使多壁碳纳米管在环氧树脂中均匀分散，从而制备出高性能的多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料。

本发明的目的之二是提供上述的一种多壁碳纳米管/环氧树脂复合薄膜的制备过程中所用的超声/高压静电力场协同喷射装置。

本发明的技术原理

根据电流体动力学静电喷涂技术原理，利用高压静电的电场力克服具有一定粘弹性的多壁碳纳米管/环氧树脂混合体系液滴的表面张力，使其雾化喷出带电的微小分散体系，分散体系中小液滴由于携带相同电荷而互相排斥，从而达到多壁碳纳米管均匀分散的效果。但由于该方法在制备复合物时需要较长时间完成，随着时间的推移，混合液中的多壁碳纳米管会发生团聚，使得前后混合液中多壁碳纳米管的含量不同，制备的薄膜复合物性能不均一。

因此，本发明借鉴不同分散方法的优势，采取超声协同静电力场的方法制备多壁碳纳米管/环氧树脂纳米复合薄膜，即在混合液将进入静电力场前进行超声防止多壁碳纳米管沉降，并利用高压静电场将混合液雾化成直径为几十个纳米的液滴，使多壁碳纳米管能分布于各个液滴中，液滴在电场力及重力作用下，沉积在接收基片上，电喷过程中溶剂快速挥发，在接收基片上形成了多壁碳纳米管/环氧树脂/4，4-二氨基-二苯甲烷液态膜，进而固化，获得多壁碳纳米管分散均匀的纳米复合薄膜。

即本发明首先为了防止进样器中多壁碳纳米管改性环氧树脂固化体系溶液中多壁碳纳米管的团聚，利用进样器外壁安装的微型超声仪对混合液进行超声，以确保到达喷嘴的液滴中多壁碳纳米管分散是均匀的。进而根据电流体动力学静电喷涂技术原理，利用高压电场的库伦力、静电排斥力克服具有一定粘弹性的多壁碳纳米管改性环氧树脂固化体系溶液液滴的表面张力，使其雾化喷出带电的微小分散体系，分散体系中小液滴由于携带相同电荷而互相排斥，从而实现多壁碳纳米管在环氧树脂基体中的分散均匀性。然后通过固化反应，获得多壁碳纳米管/环氧树脂基复合薄膜。

本发明的技术方案

一种多壁碳纳米管/环氧树脂复合薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）环氧树脂/4，4-二氨基-二苯甲烷/丙酮溶液的制备

将环氧树脂，4，4-二氨基-二苯甲烷和丙酮室温下混合后，搅拌溶解得到环氧树脂/4，4-二氨基-二苯甲烷/丙酮溶液；

上述所用的环氧树脂与4，4-二氨基-二苯甲烷的量，按质量比计算，即环氧树脂：4，4-二氨基-二苯甲烷为1﹕0.28；

其中，丙酮的用量按其相对于环氧树脂的量，即环氧树脂：丙酮为1-8g:14ml的比例计算；

（2）多壁碳纳米管悬浮液的制备

将多壁碳纳米管室温下超声分散到N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，得浓度为0.167-1.333mg/ml的多壁碳纳米管悬浮液，并室温条件下超声分散4h；

上述所得的多壁碳纳米管直径为8-15nm，长度为<2μm；比表面积60-233m²/g；

（3）多壁碳纳米管/环氧树脂混合液的制备

控制滴加速率为6ml/min,将步骤（2）所得的多壁碳纳米管悬浮液逐滴加入到步骤（1）所得的环氧树脂/4，4-二氨基-二苯甲烷/丙酮溶液中，磁力搅拌15min，并室温条件下超声分散2h，得到多壁碳纳米管/环氧树脂混合液；