[發明專利]一種納米填料改性復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610249893.2
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105694299B
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 姚艷波;余木火;劉百花;余帆
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08L27/06
• 分類號: C08L27/06;C08L31/04;C08L33/00;C08K9/04;C08K7/00;C08K3/04;C08K7/24;C08K7/14
• 代理公司: 上海統攝知識產權代理事務所(普通合伙) 31303
• 代理人: 金利琴

本發明涉及一種納米填料改性復合材料的制備方法，將納米填料分散于離子/非離子表面活性劑水溶液中；進一步將上述分散體系加入水性高分子乳液中；對于預浸氈料的制備，在復合乳液中加入短纖，進一步破乳、過濾、除水，從而獲得納米填料改性預浸氈料；對于預浸料和復合材料制品的制備，則通過復合乳液破乳、過濾、除水后的產物，通過熱壓或擠出工藝與纖維布壓制成納米填料改性預浸料或復合材料。在制備過程中以水為分散介質，利用強力剪切和表面活性劑雙重作用，實現納米填料在水中以及后續高分子乳液中高濃度地均勻分散。所提供的方法改性熱塑性預浸氈料、預浸料、復合材料制品的導電和導熱性能得到強化。

技術領域

本發明屬材料改性技術領域，涉及一種納米填料改性復合材料的制備方法。

背景技術

高分子復合材料的模壓成型工藝是將一定量的預浸料或預浸氈料加入模具內，經加熱、加壓固化成型的方法。由于大多數高聚物為電絕緣體以及熱的不良導體，因此制備得到的復合材料制件往往電阻率高、傳熱性能不好，其導熱系數一般＜10W/m.K，電導率一般＜10⁷Ω.cm，限制了其應用領域。

通過在基體樹脂中添加碳管、石墨納米片層等導電導熱納米填料，能夠在基體中有效地構筑導電導熱網絡，大大提高最終復合材料制件的導電導熱性能。納米填料在環氧樹脂中的有效分散是制備改性環氧樹脂至關重要的因素，均一分散的復合體系保證了復合材料中納米填料的比表面積，提供了載流子和熱量快速傳輸的通道，由此可以獲得良好的電熱性能。然而，由于碳管等納米填料顆粒之間強烈的范德華力以及大直徑/厚度比，高濃度納米填料的分散是實現其應用的重要前提，也是實現其實際應用的主要難題。

目前納米填料與樹脂基體的分散主要有以下幾種辦法：采用固相共混和熔融共混方法，利用三輥碾磨機、攪拌、球磨等方法，直接將納米填料與固相、液相粉料共混。其優點是設備簡單，操作簡易。但是固相共混和熔融共混中體系粘度很大，嚴重限制了納米填料在基體中的均勻分散。將納米填料先分散于溶劑(丙酮、乙醇、四氫呋喃等)中，再與環氧樹脂基體復合，這種方法使用有機溶劑，對環境產生壓力，溶劑回收成本大，并且納米填料的分散量低。

發明內容

本發明的目的是提供一種納米填料改性復合材料的制備方法，特別是提供一種納米填料改性預浸氈料、預浸料、復合材料制品的制備方法，本發明是提高預浸氈料、預浸料、復合材料制品導電導熱性能的技術方案。本發明在制備過程中使用水作為分散介質，避免使用有機溶劑所帶來的環境及價格問題；利用強力剪切和表面活性劑雙重作用獲得均一分散體系，實現納米填料在水中以及后續高分子乳液中均勻分散的高濃度分散體系。所提供的方法納米填料分散均勻、可分散含量高，改性熱塑性預浸氈料、預浸料、復合材料制品的導電和導熱性能得到強化，提供了一直適合工業穩定生產的高濃度、高質量納米填料改性預浸氈料、預浸料、復合材料制品的制備方法。

本發明的一種納米填料改性液的制備方法，包括以下步驟：

(1)先將納米填料分散于表面活性劑水溶液中；

(2)再加入到水性高分子乳液中，得到復合乳液；

(3)破乳；

即獲得納米填料改性液；

所述納米填料為石墨、改性石墨分散而得到的納米石墨和改性納米石墨、納米碳管和改性納米碳管之一或其混合物；

所述表面活性劑水溶液為離子型表面活性劑或非離子表面活性劑的水溶液。

作為優選的技術方案：

如上所述的一種納米填料改性液的制備方法，所述石墨為市售的鱗片石墨、可膨脹石墨和膨脹石墨之一或其混合物；所述納米碳管為多壁碳納米管、雙壁碳納米管、單壁碳納米管之一或其混合物；所述改性石墨或所述改性碳管為通過氧化、接枝各種官能團改性獲得的改性物；所述納米填料分散后的濃度為0.001-3wt％；