[發明專利]一種穩定型定向碳納米管增強復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201410801053.3
• 申請日: 2014-12-22
• 公開（公告）號: CN104672823A
• 公開（公告）日: 2015-06-03
• 發明（設計）人: 劉澤華
• 申請（專利權）人: 青島中天信達生物技術研發有限公司
• 主分類號: C08L67/02
• 分類號: C08L67/02;C08K13/06;C08K9/10;C08K3/08;C08K9/02;C08K9/00;C08K7/24;C08G63/181
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明屬于碳納米管復合材料技術領域，具體涉及一種穩定型定向碳納米管增強復合材料的制備方法。

背景技術

碳納米管是采用電弧、激光等技術將石墨片按照一定螺旋角加工卷曲而成、直徑為納米級的管狀物質。它有著非常大的長徑比，優異的物理特性，其抗拉強度是鋼的100倍。沿著長度方向的熱交換性能很高，而相對的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。具有極大的比表面積和優異的導熱性，化學穩定性好，導電能力強，力學性能優異，并且與高分子材料有較好的相容性，被認為是當前最理想的高分子聚合物多功能填料。由于碳納米管本身有著較強的線性特征，其在基體中定向的好壞程度直接影響了所制備復合材料的性能。目前，在復合材料中的碳納米管定向技術大多是先將碳納米管與基體材料混合以后再采用一定技術手段實現碳納米管的扭轉和定向。而基體材料又存在較大的粘度系數，碳納米管難以在其中順利扭轉以至難以達到產品所要求的定向程度。

現如今我國大部分高性能復合材料仍然依靠進口，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。因此，如何采用穩定的制備工藝，制備出有碳納米管彌散分布的復合材料同時最大程度削弱對碳納米管結構的破壞，盡可能提高碳納米管與基體之間的界面結合，是制備高性能碳納米管增強復合材料的關鍵問題。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種穩定型定向碳納米管增強復合材料的制備方法，本發明先對碳納米管進行預處理，制得的酸化碳納米管上含有羥基和羧基，大大增加了碳納米管的反應活性，磁性處理后使碳納米管的定向程度良好，便于后期可擠壓得到任意厚度的摻雜定向碳納米管的復合材料，鋁粉包覆粉的制作中采用超聲分散技術，減少了團聚現象發生，提高鋁粉包覆粉的分散性和穩定性，和碳納米管的熱擠壓得到的復合材料的拉伸強度為43MPa，壓縮強度為125MPa。

本發明采取的技術方案為：

一種穩定型定向碳納米管增強復合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

（1）碳納米管預處理：按照重量比1：5取出碳納米管和濃硫酸混合，控制溫度為85-95℃，在頻率為70KHz?的條件下超聲處理50-55min，然后用直徑為0.2-0.4?u?m的微孔濾膜抽濾，去離子水反復洗滌直至中性，最后在90℃下烘7-8h，研磨至粉末狀；

（2）磁性處理：將上述碳納米管在碳納米管風道中通過高壓陰極金屬網并進入勻強電場，碳納米管在靜電力作用下發生扭轉從而在勻強電場中完成定向，收集；

（3）制鋁粉包覆粉：按質量比10：3：1取層片狀鋁粉、馬來酸酐和聚乙二醇混合，加入2-4%的高氯酸，進行超聲40-50min，過濾后用去離子水洗滌，在80-90℃烘干；

（4）制增強碳納米管：將步驟（2）中所得碳納米管、丙二醇和鄰苯二甲酸酐按照1：15：100?的重量比加入到密閉反應容器中，控制溫度為180-200℃，攪拌3-4h，溫度下降到92-95℃時加入16-18%苯乙烯，攪拌均勻，冷卻到室溫；

（5）制復合材料：保持室溫狀態，將上述制得的鋁粉包覆粉、增強碳納米管在壓力650-750MPa壓制成塊體，然后以升溫速率10℃/min?升溫至650℃下燒結25-35min，在650℃熱擠壓。

進一步的，所述步驟（3）中的聚乙二醇的聚合度為1200-1800。

進一步的，所述步驟（5）中按照擠壓比20：1進行熱擠壓。

本發明的有益效果為：

本發明先對碳納米管進行預處理，制得的酸化碳納米管上含有羥基和羧基，大大增加了碳納米管的反應活性，磁性處理后使碳納米管的定向程度良好，便于后期可擠壓得到任意厚度的摻雜定向碳納米管的復合材料，鋁粉包覆粉的制作中采用超聲分散技術，減少了團聚現象發生，提高鋁粉包覆粉的分散性和穩定性，和碳納米管的熱擠壓得到的復合材料的拉伸強度為43MPa，壓縮強度為125MPa（未經過碳納米管接枝的不飽和樹脂的拉伸強度為25-30MPa，壓縮強度為55-65MPa）。

具體實施方式

實施例1

一種穩定型定向碳納米管增強復合材料的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：