[發明專利]碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310681492.0
• 申請日: 2013-12-13
• 公開（公告）號: CN103694415A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 姜久興;王振華;徐帆;許健君;陳國遠;張光宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C08F283/01
• 分類號: C08F283/01;C08G63/52;C08K9/04;C08K9/02;C08K7/00;C08K3/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及碳納米管增強樹脂材料的制備方法。

背景技術

不飽和聚酯樹脂是一種理想的復合材料的基體，其應用領域極其廣泛，也是我國復合材料產業發展的重要主體之一。但是固化后的不飽和聚酯樹脂通常比較脆，耐疲勞性、耐熱性、抗沖擊性都比較差，相應地限制了其在某些方面的應用。另外，近幾年來發展的雙馬樹脂和聚酰亞胺樹脂的性能要遠遠好于不飽和樹脂，雖然從經濟角度考慮前者并不占優勢，但也對不飽和樹脂產業造成了一定的影響。因此開發高性能的不飽和樹脂已經成為重要課題，尤其是在現如今我國大部分高性能復合材料仍然依靠進口的情況下。利用性能優良的碳納米管作為增強相對不飽和樹脂進行改性研究具有很高的現實意義。目前多以通過物理混合的方式將碳納米管加入到不飽和樹脂基體中，此方法雖然過程簡單，但是碳納米管在基體中難以分散，并且與基體僅為物理結合，界面粘結性能差。

發明內容

本發明目的是為了解決現有碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備存在分散性差和界面粘結性能差的問題，而提供碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備方法。

碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備方法，按以下步驟實現：

一、酸處理碳納米管：將0.01～5重量份的碳納米管加入到1～100重量份的強酸中，在頻率為40～90KHz的條件下超聲處理30～60min，然后在80～130℃下，以200～400r/min的攪拌速率攪拌5～10h，微孔濾膜過濾，再用去離子水沖洗至中性，在30～100℃下真空干燥10～24h，得到黑色粉末，即為酸氧化碳納米管；

二、制備接枝馬來酸酐的碳納米管：將步驟一中所得酸氧化碳納米管與馬來酸酐按照(5～20):100的重量比放入溶劑中，加入催化劑，催化劑與馬來酸酐的重量比為(1～10):100，在20～70℃下，以200～400r/min的攪拌速率攪拌3～8h，過濾，然后依次用無水乙醇和去離子水交替清洗至中性，再在30～100℃下烘干24h，得到接枝馬來酸酐的碳納米管；

三、將步驟二中所得接枝馬來酸酐的碳納米管、丙二醇、馬來酸酐和鄰苯二甲酸酐按照(0.1～5):50:50:100的重量比加入到密閉反應容器中，通入氮氣，流量為每秒2～3個氣泡，在80～220℃下，以200～400r/min的攪拌速率攪拌8～14h，然后加入阻聚劑，阻聚劑與鄰苯二甲酸酐的重量比為(0.1～1):100，在溫度下降到90～100℃時加入苯乙烯，充分攪拌，溫度冷卻到室溫，即完成碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備。

本發明中碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備，其中酸化碳納米管上含有羥基和羧基，這些基團大大增加了碳納米管的反應活性，使其進一步與有機分子反應；本發明的接枝馬來酸酐的碳納米管使碳納米管在有機溶劑中的分散性得到了大大的提高，并且反應活性也得到了提高，從而使其容易與其他有機分子進行反應，進而通過原位聚合得到較長的分子鏈接枝碳納米管；本發明的碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的合成方法使碳納米管接枝在不飽和樹脂長分子鏈上，不僅分散性良好，并且界面結合屬于化學鍵結合，使得碳納米管與不飽和樹脂的界面能夠產生有效的載荷轉移；采用本發明所得的碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的拉伸強度為40MPa，壓縮強度為120MPa（未經過碳納米管接枝的不飽和樹脂的拉伸強度為20～30MPa，壓縮強度為55～65MPa），不飽和樹脂的拉伸強度提高了70%～100%，壓縮強度提高了90%～110%。

附圖說明

圖1是實施例中制備所得碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的紅外光譜圖，其中a為純不飽和樹脂，b為接枝馬來酸酐的碳納米管和純不飽和樹脂的混合物，c為本實施例制備的碳納米管增強不飽和樹脂復合材料；

圖2是實施例中制備所得碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

本發明技術方案不局限于以下所列舉具體實施方式，還包括各具體實施方式間的任意組合。

具體實施方式一：本實施方式碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備方法，按以下步驟實現：

一、酸處理碳納米管：將0.01～5重量份的碳納米管加入到1～100重量份的強酸中，在頻率為40～90KHz的條件下超聲處理30～60min，然后在80～130℃下，以200～400r/min的攪拌速率攪拌5～10h，微孔濾膜過濾，再用去離子水沖洗至中性，在30～100℃下真空干燥10～24h，得到黑色粉末，即為酸氧化碳納米管；