[发明专利]一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料

说明书

本发明公开了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，属于功能材料技术领域。本发明将碳纳米纤维，聚醚酰亚胺，三氯甲烷，混合水浴超声，接着滴加乙醇，搅拌混合，接着真空抽滤，干燥，即得改性碳纳米纤维；将改性碳纳米管混合料，水性环氧树脂，水，蛋白质，蛋白酶，改性添加料，乳化剂，有机碱混合超声，接着加入氨水，搅拌混合，随后加入异氰酸酯，减压蒸馏，升温反应，即得混合浆料；将上述所得混合浆料和改性碳纳米纤维混合球磨，升温，研磨，接着加入水性环氧固化剂，继续混合球磨，即得改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。本发明提供的改性碳纳米管环氧树脂基复合材料具有优异的力学性能。

技术领域

本发明公开了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料，属于功能材料技术领域。

背景技术

碳纳米管作为一维碳纳米材料，重量轻，六边形结构完美，具有许多优异的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广泛的用途也不断地被发掘出来。

碳纳米管具有优异的力学性能以及巨大的长径比，是一种理想的纤维材料，它的性能优于当前的任何纤维，既具有碳纤维的固有性质，又具有金属材料的导电导热性，陶瓷材料的耐热耐蚀性，纺织纤维的柔软可编性，是一种一材多能和一材多用的功能材料和结构材料，可望应用于材料领域的多个方面。碳纳米管在某种意义上可以说是一种高分子材料，它拥有一些类似高分子的结构，一些高分子材料可通过局部嵌入碳纳米管而形成结合较紧密，界面不明显的复合材料，从而大幅度提高聚合物基体的力学性能。

碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2～20nm。这种特殊结构蕴含了丰富而奇特的物理现象，使碳纳米管表现出许多优异的物理化学性质。碳纳米管具有良好的力学性能，CNTs抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。研究者在碳纳米管的制备、碳纳米管的电子结构性能以及其在微电子器件的应用上已经做了大量工作。碳纳米管的制备方法有很多，包括电弧放电法，激光烧蚀法，浮游催化法，化学气相沉积法，离子或激光溅射法，集合反应合成等等。其中化学气相沉积法以合成温度低，工艺设备简单、成本低，产量高等特点被广泛用于批量生产。同大多数碳材料一样，碳纳米管也可以应用于复合材料添加剂，来提高复合材料的综合性能。

目前，已有不少关于用碳纳米管改性环氧树脂复合体系的报道。剑桥大学的Sandler等采用模板法制备的定向阵列碳纳米管填充环氧树脂，制备了具有很好抗静电效果的复合材料。Wang等研究了胺基改性碳纳米管对环氧树脂纳米复合材料的性能影响，结果表明：改性的碳纳米管与环氧树脂基体有较好的相容性，在基体中得较好分散，明显提高了复合体系的力学、光学和热稳定性。Florian等对不同种类碳纳米管填充环氧树脂基复合材料的导电导热性能进行了系统研究。结果发现，三种碳纳米管复合材料的渗滤阈值都低于0.1wt%，而碳黑要达到相同值的含量则为0.75wt%；氨基功能后，复合材料电导率有很大程度的降低；复合材料的热导性没有得到很大改善且受含量的影响不大。Bai等在制备多壁碳纳米管与环氧树脂复合材料时发现，当纳米管的长度1μm提高到50μm时，阈值降低了8倍。改善纳米管在聚合物基体中分散时能增加其长径比，因而具有更低的阈值。目前传统的碳纳米管环氧树脂基复合材料，由于内部填充的碳纳米材料分布不均，导致了产品力学性能不佳，因此还需对其进行研究。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对传统碳纳米管环氧树脂基复合材料，由于内部填充的碳纳米材料分布不均，导致产品力学性能不佳的问题，提供了一种改性碳纳米管环氧树脂基复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：