[发明专利]一种用掺氮碳纳米管强化并功能化环氧树脂固化物的应用

说明书

本发明涉及环氧树脂基复合材料领域，具体为一种用掺氮碳纳米管强化并功能化环氧树脂固化物的应用。将掺氮碳纳米管分散于环氧树脂中，利用掺氮碳纳米管丰富的含氮基团（石墨氮，吡啶氮，吡咯氮等），在环氧树脂与掺氮碳纳米管之间构建化学键，使二者间形成有效的相互作用，并促进掺氮碳纳米管在环氧基体中的分散。当形成的复合材料受到外力时，应力可以有效从基体传递到掺氮碳纳米管，从而提高复合材料的机械性能，同时，由于掺氮碳纳米管优越的导电性能，使复合材料也拥有了良好的导电能力。使用掺氮碳纳米管作为增强材料混于环氧树脂中，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，混合后所得物的粘稠度也得到有效降低。

技术领域

本发明涉及环氧树脂基复合材料领域，具体为一种用掺氮碳纳米管强化并功能化环氧树脂固化物的应用。

背景技术

环氧树脂固化物密度较小，有良好的机械性能，同时耐化学腐蚀。作为结构材料，其与基体有良好的结合能力，也有较好的耐候性。这些优势在环氧树脂与增强材料形成复合材料后得到了进一步加强。环氧树脂基复合材料因而受到广泛的关注与青睐，并作为结构材料得到应用。由于纳米碳材料（碳纳米管、石墨烯、纳米金刚石等）优良的热、力、电等方面的性质，纳米碳/环氧树脂复合材料更是其中的佼佼者。然而，为了能够尽可能地体现出纳米碳材料的强化作用，需要环氧树脂与纳米碳材料能够较好地结合在一起。这时，往往需要在纳米碳材料表面修饰能与环氧基反应的基团，以通过化学反应将纳米碳材料与环氧树脂连在一起。在这个修饰的过程中，酸处理、碱处理、添加偶联剂或是其他化学接枝的方法是目前最常见的。这些方法或成本较高、或操作复杂、或极易带来污染，极大地阻碍了高性能环氧树脂基复合材料的工业化应用。

从结构上看，掺氮碳纳米管是碳纳米管的基础上用氮原子部分取代了骨架上的碳原子。于是，掺氮碳纳米管在保持碳纳米管优良的热、力等方面性质的同时，导电能力得到极大的提高。有科学研究发现，掺氮碳纳米管在氧气还原反应中甚至表现出比商业的铂碳催化剂更为优越的性能。同时掺氮碳纳米管丰富的含氮基团（石墨氮，吡啶氮，吡咯氮等），使之能与环氧树脂中的环氧基团发生反应，而产生较强的相互作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用掺氮碳纳米管强化并功能化环氧树脂固化物的应用。将掺氮碳纳米管与环氧树脂复合可有效提高环氧树脂固化物的机械性能，并赋予复合材料较高的导电性能。同时，使用掺氮碳纳米管作为增强材料混于环氧树脂中，较碳纳米管或是功能化后的碳纳米管，同等条件下，粘稠度也得到有效降低。该应用摆脱了传统纳米碳/环氧树脂复合材料处理纳米碳材料带来的高成本、复杂操作，以及污染等问题，解决高性能环氧树脂基复合材料工业化的问题。

本发明的技术方案是：

一种用掺氮碳纳米管强化并功能化环氧树脂固化物的应用，将所述掺氮碳纳米管作为增强材料与环氧树脂复合，以强化和功能化环氧树脂固化物，包括如下步骤：

1）将掺氮碳纳米管按一定比例均匀分散于环氧树脂中；

2）加入固化所需量的固化剂，并搅拌均匀；

3）固化成型。

所述掺氮碳纳米管氮原子的掺杂量为0.1 ~ 40 at%。

所述掺氮碳纳米管的形貌包含但不限定于竹节状、内杯叠状、外杯叠状、管状。

所述掺氮碳纳米管为通过原位方式或后处理方式以使氮原子进入碳纳米管骨架结构。

所述原位方式包含但不限定于化学气相沉积法，电弧放电法，激光消融法及溶剂热法。

所述后处理方式为将碳纳米管置于含氮的气氛中处理。

所述步骤1中一定比例为0.1~ 80 wt%。

所述步骤1中环氧树脂为各种不同环氧值的纯环氧树脂或市场上在纯环氧树脂基础上添加活性稀释剂等调配好的环氧树脂料。