[發明專利]碳納米管和氧化鋁晶須原位復合增強樹脂材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410337996.5
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104086950A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 朱伯銓;汪賢;李享成;馬崢
• 申請（專利權）人: 武漢科技大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L61/06;C08L23/06;C08L67/00;C08K7/24;C08K7/08;C08J5/04
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

技術領域

本發明屬于以樹脂為主的復合材料技術領域。尤其涉及一種碳納米管和氧化鋁晶須原位復合增強樹脂材料及其制備方法。

背景技術

樹脂基復合材料是以有機高分子材料為基體、高性能連續纖維為增強材料通過復合工藝制備而成的具有明顯優于原組分性能的一類新型材料。樹脂基復合材料具有高比強度和比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設計性強、便于大面積整體成型和電磁性能優良等特點，廣泛應用于航空、航天材料和密封材料領域。

但樹脂具有脆性，其復合材料一般要引入具有一維特征的增強相，如纖維、晶須和納米管等。這種增強相的加入方式有兩種：

一種方式是外加引入。這種方式工藝簡單，但一維增強體容易團聚，使得分散困難。如“碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的制備方法”（CN201310681492.0）的專利技術，介紹了將碳納米管進行酸處理后，再通過與催化劑、馬來酸酐的混合制得接枝馬來酸酐的碳納米管，然后將制得的接枝馬來酸酐碳納米管引入到不飽和樹脂中。這種碳納米管增強不飽和樹脂復合材料的拉伸強度和壓縮強度均有一定的提高。“一種碳納米管/碳纖維多尺度增強體提高熱塑性樹脂基復合材料界面性能的方法”（CN201310201193.2）專利技術，首先將碳納米管酸化，碳纖維胺基化，然后將羧基化的碳納米管超聲分散在有機溶劑中，以胺化后的碳纖維和不銹鋼板做電極在電泳槽中，在電場的作用下，完成碳納米管/碳纖維多尺度增強體提高熱塑性樹脂基復合材料界面性能。“低溫等離子體改性氧化鋁增強酚醛樹脂及其制備方法”（CN103525003A）專利技術，介紹了通過直流放電產生等離子體對Al₂O₃顆粒表面進行改性，使其表面沉積一層聚合物薄膜或者與聚合物結合性能較好的基團，改善Al₂O₃顆粒在酚醛樹脂間的分散性、浸潤性，提高Al₂O₃/酚醛樹脂基復合材料的力學、熱學等性能。“一種碳纖維增強樹脂復合材料及其制備方法”（CN102942735A）專利技術，介紹了在螺桿剪切力的作用下將碳纖維增強物分散在熱塑性樹脂中，得到了一種高韌、高強、高溫的碳纖維增強樹脂復合材料。將氧化鋁纖維作為第二相物質對環氧樹脂進行改性，結果表明，氧化鋁纖維的增加是環氧樹脂的拉伸強度得到了增強(杜金梅,鄧永麗,劉雨生,等.?氧化鋁纖維-環氧樹脂復合材料的拉伸性能和絕緣性能研究.?第十屆絕緣材料與絕緣技術學術交流會論文集，181-184)。

第二種方式是原位生成。這種引入方式能夠使分散問題得到解決，同時一維增強體與樹脂基體的結合界面也較良好。如“一種碳晶須增強樹脂復合材料及其制備方法”（CN201110359551.3）專利技術，介紹了通過過渡金屬催化劑粉體催化裂解酚醛樹脂生成碳晶須，得到的碳晶須增強樹脂復合材料具有較好的力學穩定性。“一種石英纖維表面原位生長碳納米管增強環氧樹脂復合材料的制備方法”（CN102329431A）專利技術，介紹了利用化學氣相沉積法是催化劑引發分解碳源生成碳納米管，制備了表面長有均勻碳納米管陣列的石英纖維。通過超聲波震蕩和高速攪拌，提高了石英纖維-碳納米管/環氧樹脂復合材料的層間剪切強度性能。通過熱壓法制備了以表面原位生成CNTs的碳纖維織物(CFF)為增強相、環氧樹脂為基體的CNTs/CFF/EP三元層狀復合材料，原位生長CNTs的引入，使復合材料的層間剪切強度和抗彎強度都有所提高(任沖,王特,鞏前明,等.?基于原位生長CNTs/CFF/EP層狀復合材料的成型工藝.?中國有色金屬學報,2013,23（5）：1275-1281)。

從上述發明和報道中可以看出，往樹脂基體中單獨添加碳晶須、碳納米管或氧化鋁晶須等一維增強相時，材料的性能有一定程度上的提高，但是增強相在樹脂集體中的分散問題沒有得到根本的解決；在樹脂基體中原位生成碳納米管等一維增強相時，有助于材料常溫性能的改善，但是僅有碳納米管的存在，材料的高溫性能沒有得到明顯的改善。

發明內容

本發明旨在克服現有技術缺陷，任務是提供一種工藝簡單、成本低、生產周期短和能工業化生產的碳納米管和氧化鋁晶須原位復合增強樹脂材料的制備方法；用該方法制備碳納米管和氧化鋁晶須原位復合增強樹脂材料具有良好的力學穩定性和高溫性能。