[发明专利]碳纳米管改性环氧树脂基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环氧树脂基复合材料的制备方法，具体地指一种碳纳米管改性环氧树脂基复合材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂由于具有较好的热稳定性、绝缘性、黏附性、良好的力学性能、优良的成型工艺性能以及较低的成本等，广泛应用于电子元器件的黏接、封装以及印制线路板(PWBs)的制作等领域，进而成为目前最为重要的电子化学材料之一。

碳纳米管是20世纪90年代初发现的一种纳米尺寸管状结构炭材料，它是由单层或多层石墨烯片卷曲而成的无缝中空管，具有奇异的物理化学性能，在复合材料增强、纳米器件、场发射、催化剂等领域具有潜在的应用价值。大量研究表明，纳米碳管杨氏模量值高达5TPa，比强度为50GPa/(mg/m³)，约为钢的100倍，同时具有优良的热稳定性和良好的润滑性能，成为理想的纳米纤维材料。

公开号为CN 102604129A的发明专利首先将环氧树脂平均分成两份，取一份加入到聚合物机械混合及球磨系统的铁桶中，随后加入碳纳米管，再加入另外一份环氧树脂，最后用三辊研磨机对胶液进行研磨及淹没。该方法等同于将环氧分两次加入，并不能切实可行的解决碳纳米管在环氧树脂中的分散问题。公开号为CN1858111A的发明专利首先将碳纳米管羧酸化和酰氯化，再通过小分子脂肪胺修饰碳纳米管，然后采用溶剂溶解、超声波和高速搅拌处理，将碳纳米管分散于环氧树脂基体中，再用芳香胺固化，得到碳纳米管/环氧树脂复合材料。该方法工艺繁琐，不便于大规模工业化生产。公开号为CN 1031031039A的发明专利用具有特殊效应的碳纳米管作为导静电体，使得该碳纳米管环氧树脂复合导静电涂层材料具有优良的导电性能，通过对碳纳米管进行化学和机械分散、复合处理，使其能适应防腐涂料体系。该发明中所用碳纳米管为单壁碳纳米管，其价格为多壁碳纳米管价格的几十甚至上百倍，价格昂贵，不能满足经济性原则。

综上所述，目前仍然缺乏一种既高效又经济的制备碳纳米管改性环氧树脂基复合材料的方法。

发明内容

本发明的目的就是要克服现有技术所存在的不足，提供一种高效经济的碳纳米管改性环氧树脂基复合材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明碳纳米管改性环氧树脂基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将多壁碳纳米管与填料进行高速球磨，使得多壁碳纳米管与填料形成结合牢固的碳纳米管复合填料；所述填料为碳酸钙、硅酸镁、硅酸铝、硫酸钙、硫酸钡、二氧化硅、灰云铁、钛白粉中的任意一种或两种以上的组合；

2)将碳纳米管复合填料加入环氧树脂中，并加入有机溶剂进行稀释后，使复合填料均匀分散于环氧树脂中；所述有机溶剂选自二甲苯、苯、氯仿、正丁醇、无水乙醇、1-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、石油醚、C5～C16的烷烃中的任意一种或两种以上的组合；

3)加入固化剂，并加热固化，即可得到碳纳米管改性环氧树脂基复合材料，所述固化剂选自胺类固化剂中的任意一种或者两种以上的组合。

本发明步骤1)中，所述高速球磨的转速为500～5000r/min。

本发明步骤1)中，所述碳纳米管的添加量为碳纳米管复合填料质量的1％～90％。

本发明步骤1)中，所述填料优选为碳酸钙、二氧化硅、灰云铁或钛白粉。

本发明步骤2)中，所述碳纳米管复合填料的添加量为环氧树脂质量的1％～30％。

本发明步骤2)中，所述环氧树脂选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧树脂、氢化双酚A型环氧树脂、线型苯酚甲醛环氧树脂、脂肪族缩水甘油醚环氧树脂、四溴双酚A环氧树脂中的任意一种或两种以上的组合。

本发明步骤2)中，所述有机溶剂优选为二甲苯、苯、氯仿、正丁醇、无水乙醇、丙酮或石油醚。

本发明步骤3)中，所述固化剂优选为二乙烯三胺，所述固化剂的添加量为环氧树脂质量的8～12％。

本发明步骤3)中，所述固化温度为80℃～300℃。

本发明的有益效果在于：

1)使用性价比较高的多壁碳纳米管与填料混合，使得最终复合材料的力学性能良好，添加10％左右即可使得抗拉强度提升至原始环氧树脂抗拉强度的200％；

2)使用高速球磨将碳纳米管与填料利用高速机械碰撞紧密结合成复合填料，避免了多种填料之间分散不均匀的现象，同时其他组分填料包覆于碳纳米管表面，增加了碳纳米管与环氧树脂基体的润湿性，有效解决了碳纳米管在环氧树脂中的分散问题；