[发明专利]一种环氧树脂复合导电材料专用纳米碳纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种环氧树脂复合导电材料专用纳米碳纤维的制备方法，属于导电材料制备技术领域。本发明首先对水芹进行培养，使其生出大量吸附性优异的根须，接着放入带有柠檬酸溶液的金属盐溶液中水培，利用水芹的新陈代谢将无机过渡族金属离子转化成有机金属离子，最终收获得到富集过渡族金属离子的水芹根须，将富集过渡族金属离子的水芹根须和无水甲醇混合得到碳源燃料，并用洁净玻璃板作为纳米碳纤维沉积基底，常温燃烧，刮取燃烧后生成的纳米碳纤维，经羟基化和发酵改性即得纳米碳纤维，本发明的制备方法简化了制备催化剂的工序，减少了载气和高温条件，降低了成本，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种环氧树脂复合导电材料专用纳米碳纤维的制备方法，属于导电材料制备技术领域。

背景技术

一般的高聚物都是优良的电绝缘体。导电高分子材料分为结构型和复合型两大类。结构型导电高分子聚合物是有机聚合掺杂后的聚乙炔，具有类似金属的电导率。而复合型导电高分子材料是指聚合物为母体，与各种导电性物质如炭黑、石墨或金属粉等通过分散复合、层积复合或形成表面导电膜等构成的材料。复合型导电高分子通常选用物理性能适宜的环氧树脂，与具有良好导电性能的超微金属、金属氧化物及炭黑、石墨等混配制成导电塑料、导电橡胶、导电涂料和导电粘合剂等。这类高分子材料起载流作用的仍是金属粉或炭黑，而环氧树脂只是起着支撑体和成型器件的作用。

纳米碳纤维的力学性能相当突出。研究表明，纳米碳纤维同时具备高强度、高弹性和高刚度，在提高复合材料力学性能和分子器件方面已显示出巨大的潜力，它可以达到连续碳纤维一样的增强效果，是制备复合材料的理想的轻质增强材料。而目前一般用“气相生长法”制备纳米碳纤维材料。它是以过渡族金属Fe、Co、Ni及其合金超细颗粒为催化剂，以碳氢化合物为碳源，氢气为载气，在600℃～1200℃下生成。这种生产方法耗能、操作复杂、成本高，而且制得的纳米碳纤维极易相互缠结，聚集成团，在聚合物基体中难以达到良好的分散，与聚合物基体相容性差，直接影响到纳米碳纤维的优异力学性能的发挥，使得最终复合高分子导电材料的力学性能和导电性能都大幅下降，难以满足市场需求。

因此，发明一种能同时保证环氧树脂复合导电材料导电性和力学强度的纳米碳纤维对导电材料制备技术领域具有积极的意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，针对目前传统气相生长法制备纳米碳纤维存在耗能、操作复杂、成本高的问题，并且制得的纳米碳纤维极易相互缠结，聚集成团，在聚合物基体中难以达到良好的分散，与聚合物基体相容性差，导致最终复合高分子导电材料的力学性能和导电性能都大幅下降的缺陷，提供了一种环氧树脂复合导电材料专用纳米碳纤维的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种环氧树脂复合导电材料专用纳米碳纤维的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，称取50～60份硝酸钾、70～75份硝酸钙、10～15份磷酸铵、25～30份硫酸镁、10～15份氯化铁和300～400份去离子水混合得到水培营养液，选取水芹浸入水培营养液中静置培养15～20天，直至水芹根部生出大量白色根须，得到预处理水芹；

（2）配制钴离子浓度为500～800mg/L、铁离子浓度为400～600mg/L的混合金属盐溶液，将金属盐溶液注入底部带有曝气装置的培养池中，取边长为1m的聚苯乙烯泡沫板，用打孔器在泡沫板表面均匀打出孔洞，再将上述预处理水芹的根须穿过泡沫板的孔洞，制成自制生态浮岛；

（3）向上述培养池中加入浓度为0.5mol/L柠檬酸溶液，再将上述自制生态浮岛露出根须的一面朝下放入培养池中，静置培养20～30天，其中每天曝气3～5次，每次曝气40～60min，培养结束后收集自制生态浮岛，切取水芹根须；

（4）将上述切取的水芹根须放在阳光下暴晒，直至水芹根须含水量低于5%，得到干根须，将干根须粉碎并过100目筛，得到干根须粉，将干根须粉和无水甲醇混合得到碳源燃料；