[发明专利]一种有机硅改性不饱和聚酯三元纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机硅改性不饱和聚酯三元纳米复合材料的制备方法，属高性能复合材料的制备和应用领域。

背景技术

随着我国航天航空事业的快速发展，对材料的耐高温性和力学性能等提出了严峻的挑战，传统的金属合金材料已经不能满足航天航空的需要，开发新型的材料来应对这种挑战是一种必然。先进复合材料无疑是首选的材料，它是指由一些具有高性能的增强体(如碳纤维、碳纳米管等)增强聚合物树脂制备得到的复合材料，成为金属、非金属、高分子三大材料体系之后的第四大材料。

不饱和聚酯树脂综合性能好，常温常压下是一种粘度可控的液体，可以与多种材料复合形成复合材料。因此，其可作为一种聚合物基复合材料的基体材料，将其与无机纳米填料复合可以制成高强度、高硬度的先进复合材料。然而，不饱和聚酯树脂耐热和传热性能较差，一般只适合于155℃下使用，且制品易燃烧。为了满足特殊领域的要求，需要从不同的切入点对不饱和聚酯树脂进行改性，以提高不饱和聚酯树脂的性能。

有机硅树脂因为具有优异的热氧化稳定性、耐寒性、电绝缘性、憎水性等,可用作耐高低温绝缘漆(包括清漆、色漆、瓷漆等),如果将有机硅链段通过化学反应引入到不饱和聚酯链段中去,则可以提高其耐热和电气性能，实现二者在性能方面的优缺互补，制备出一种兼具有两者优良性能的改性树脂，这类改性树脂可以作为先进复合材料的基材来应用。

目前国内对于碳纤维/碳纳米管/有机硅改性不饱和聚酯三元复合材料的制备鲜有报道，尽管国内近些年高性能复合材料的研制发展迅速，但与欧美发达国家相比仍存在着较大的差距。因此，开展碳纤维/碳纳米管/有机硅改性不饱和聚酯的制备和研究工作对于国民生产、军工领域以及基础科研等都具有极其重要意义。

发明内容

本发明的目的是，针对国内高性能复合材料存在的问题，提供一种有机硅改性不饱和聚酯三元纳米复合材料的制备方法。

实现本发明的技术方案是，本发明利用碳纤维和碳纳米管两种特种无机材料的协同作用增强有机硅改性不饱和聚酯环氧树脂基体,获得高性能的三元树脂基复合材料。

本发明有机硅改性不饱和聚酯三元纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：

（1）以有机硅单体和去离子水为原料，以无水乙醇为介质，以稀盐酸为催化剂制备出有机硅低聚物。

（2）以饱和二元醇、饱和二元酸、不饱和酸酐为原料合成不饱和聚酯树脂预聚体。将上述有机硅低聚物与不饱和聚酯预聚体进行缩合反应，反应结束后向体系中加入引发剂、阻聚剂和稀释剂即可得到有机硅改性不饱和聚酯预聚体。

（3）将有机硅改性不饱和聚酯预聚体与适量碳纤维和碳纳米管高速搅拌复合即可制得碳纤维/碳纳米管/有机硅改性不饱和聚酯三元复合材料。

本发明采用的有机硅单体为甲基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷或苯基三乙氧基硅烷或乙烯基三乙氧基硅烷，或上述单体的两种或两种以上混合物；

本发明采用的饱和二元醇为分子量为1000的聚酯二元醇或分子量为1000的聚醚二元醇或两者的混合物；饱和二元酸为间苯二甲酸；不饱和酸酐为四氢苯酐或顺丁烯二酸酐或者两者的混合物；引发剂为过氧化苯甲酰叔丁酯或过氧化甲乙酮，阻聚剂为对叔丁基邻苯二酚；稀释剂为苯乙烯；碳纤维为粒度为200-500目的碳纤维粉；碳纳米管为管径为50-80nm、管长为1-10μm的多璧碳纳米管；

本发明步骤（1）中去离子水与有机硅单体的质量比为1:2.0-6.5，稀盐酸浓度为1.0mol/L；；反应温度在40-70℃，反应时间3-4小时制备得到有机硅低聚物；

本发明步骤（2）中饱和二元醇、饱和二元酸与不饱和酸酐的摩尔比为1:（1-15）:（1-20）；反应温度为150-200℃；

本发明步骤（3）中碳纤维、碳纳米管、有机硅改性不饱和聚酯预聚体的质量比为（1-20）:（1-30）:100；

本发明步骤（3）中碳纤维、碳纳米管、有机硅改性不饱和聚酯预聚体在高速分散机里面的搅拌的速度为800-3500r/min,搅拌时间为5-60min；

本发明的有益效果是，本发明合成的制品具有优异的耐化学腐蚀性能，还有着良好的导热阻燃和力学性能，合成工艺简便，制品可在航空、电气电子、化工防腐、体育器材等领域得以广泛应用。

具体实施方式

配方1：