[發(fā)明專利]一種納米碳材料增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210011058.7
• 申請日: 2012-01-15
• 公開（公告）號: CN102675830A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 赫玉欣;劉紅宇;姚大虎;陸昶;余華寧
• 申請（專利權(quán)）人: 河南科技大學(xué)
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08K9/04;C08K3/04
• 代理公司: 鄭州睿信知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種納米碳材料增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

納米碳材料(如碳納米管、石墨烯、納米炭黑等)具有奇特的電性能、優(yōu)異的導(dǎo)熱性能及很強的綜合機械性能，這些優(yōu)異的性能使得納米碳材料有很多潛在的用途。納米碳材料因其高比強度、高比表面積可以應(yīng)用于復(fù)合材料的增強體，加之其良好的導(dǎo)電性使他們成為原子力顯微鏡及掃描隧道顯微鏡的探針的很好的材料；利用納米碳材料的光電轉(zhuǎn)換特性也可以制造輕巧、廉價、高效的太陽能電池。納米碳材料很強的電子發(fā)射特性可以用于制造大屏幕、超薄、高清晰度、高亮度、節(jié)能、長壽命并可彎曲的顯示屏。然而，納米碳材料的雜亂排列影響了以上應(yīng)用技術(shù)的深入發(fā)展和完善、因此定向排列納米碳材料是實現(xiàn)其應(yīng)用的重要前提，也是實現(xiàn)其實際應(yīng)用的主要難題。

基于納米碳材料的定向排列技術(shù)的重要性，很多科學(xué)家對其展開了研究。目前定向排列的納米碳材料的制備方法基本上分為兩類：其一是在制備、生長過程中通過控制催化劑的分布、使用模板或利用物理場影響納米碳材料的生長方向。由于在制備的過程中總是有雜質(zhì)的生成，而在提純過程中，納米碳材料又失去定向性，且用此類方法制備的納米碳材料有結(jié)構(gòu)缺陷，所以不利于做納米器件。另一類方法就是使已經(jīng)制備的納米碳材料在物理場(液體或氣體流場，力場，強磁場，電場)中重新定向排列，此類方法可能實現(xiàn)工業(yè)化，也可以實現(xiàn)對納米碳材料的操控，但是在制備過程中對磁場強度的要求較高，往往需要在強磁場中進行，提高了制備的成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在較低磁場強度下制備納米碳材料增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的方法，同時還提供一種采用該方法制得的復(fù)合材料。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種納米碳材料增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備方法，其步驟如下：

1)將氮氧自由基與三價鐵鹽在醇溶劑中反應(yīng)2～24小時，蒸干溶劑得到三價鐵離子的一配化合物；

2)將三價鐵離子的一配化合物溶解在有機溶劑中得到1～30wt％的溶液，將該溶液加入到聚酯型二醇中，攪拌反應(yīng)4～24小時蒸干溶劑得到聚酯型二醇的三價鐵配合物；

3)于80℃條件下，將聚酯型二醇的三價鐵配合物與二異氰酸酯反應(yīng)得到異氰酸酯基端封的齊聚物，其中聚酯型二醇的三價鐵配合物與二異氰酸酯的摩爾比為1∶2.4～4.5；

4)于80℃條件下，將納米碳材料加入到齊聚物中，在催化劑和惰性氣體保護作用下攪拌反應(yīng)12小時，過濾得到改性納米碳材料；

5)將占固化環(huán)氧樹脂0.1～5wt％的改性納米碳材料均勻分散在環(huán)氧樹脂中，加入固化劑，放入800特斯拉的勻強磁場中直至失去流動性，然后在溫度為70～90℃的鼓風干燥箱中固化3～5h，再將溫度升至110～130℃中后固化1～3h制成納米碳材料增強環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。

步驟1)所述醇溶劑為甲醇、乙醇或正丁醇。

步驟1)所述三價鐵鹽為硫酸鐵、三氯化鐵或三溴化鐵。

步驟2)所述有機溶劑為丙酮、甲苯、苯、四氫呋喃、N，N-2甲基甲酰胺。

步驟2)所述聚酯型二醇為聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸二甘醇酯二醇、聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1，2-丙二醇酯二醇、聚己二酸-1，6-己二醇酯二醇、聚己二醇新戊二醇酯二醇、聚ε-己內(nèi)酯二醇或聚碳酸酯二醇。

所述聚酯型二醇的分子量為1000～3000。

步驟2)所述三價鐵離子的一配化合物與聚酯型二醇的摩爾比為3～10∶1。

所述的二異氰酸酯可為甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、萘二異氰酸酯、對苯二異氰酸酯、1，4-環(huán)己烷二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、環(huán)己烷二亞甲基二異氰酸酯、三甲基-1，6-六亞甲基二異氰酸酯或四甲基間苯二亞甲基二異氰酸酯。

所述納米碳材料為氧化石墨烯或氧化碳納米管。

其中所述碳粒子材料氧化石墨烯可以采用市售的產(chǎn)品或采用常規(guī)的Hummers方法制備，以下提供hummers方法的具體內(nèi)容便于對本發(fā)明的理解：在燒杯中加入濃硫酸、石墨和硝酸鈉，在冰浴中冷卻至0℃～4℃，攪拌條件下緩慢加入高錳酸鉀，該過程中使反應(yīng)液溫度在20℃以下；然后將燒杯至于35℃恒溫水浴中，繼續(xù)攪拌0.5～1h；在攪拌條件下緩慢加入水，使反應(yīng)液溫度達到98℃～100℃，繼續(xù)攪拌15min～60min；最后用水將反應(yīng)液稀釋后加入過量氧化氫水溶液，洗滌、過濾后得到氧化石墨烯。