[發明專利]一種高韌性、導熱性環氧樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110013112.0
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112778703B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王朔;曹猛;張業偉;臧健
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: C08K7/00
• 分類號: C08K7/00;C08L63/00;C08K3/38;C08K3/04;C09K5/14
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 寧佳

本發明的一種高韌性、導熱性環氧樹脂復合材料及其制備方法，屬于聚合物基復合材料制造應用技術領域。該環氧樹脂復合材料是環氧樹脂中分散有質量比例0.2％?5％的混合納米填料，混合納米填料包括二維片層結構氮化硼和一維管狀結構碳納米管。通過對環氧樹脂內的納米填料結構、以及添加量等改進，并采用相應的制備方法，與現有技術相比，能夠有效解決環氧樹脂復合材料韌性低，導熱性差等問題，通過不同種類和形貌的納米填料的添加，制備得到兼具高韌性、高導熱性的環氧樹脂基復合材料，該材料將廣泛適用于航空航天領域。

技術領域：

本發明屬于聚合物基復合材料制造應用技術領域，具體涉及一種高韌性、導熱性環氧樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術：

環氧樹脂膠粘劑由于低廉的價格與出色的性被應用于各種領域，通常作為結構性膠黏劑廣泛的應用于航空飛機當中。例如粘接金屬接頭，纖維增強復合材料，粘接飛機結構與精密電子元器件的制造等。所以膠接技術是航空工業必不可少的技術之一。環氧樹脂粘合劑具有許多優點，例如重量輕，粘合強度更好，成本低，耐疲勞性和耐化學性。然而對于評估粘合劑質量，斷裂韌性也是最重要的標準之一，因為基于環氧樹脂的粘合劑接頭的脆性是一個嚴重的缺陷，極大的限制了其使用壽命，同時環氧樹脂極差的熱性能也嚴重限制其廣泛的應用。航空領域的學者們也開發了多種方法來提高環氧樹脂粘合劑的斷裂韌性與導熱性。其中添加納米顆粒以改善環氧膠粘劑的機械性能和其他功能方面的有效性是改善環氧樹脂性能的有效方法。

納米材料添加技術是改善環氧樹脂性能的有效手段，并有著極高的效率，少量的納米材料的添加即可極大的增強環氧樹脂的性能，并且隨著添加不同特性納米材料，也可以實現環氧樹脂多功能的應用。因此，它被認為是一種很有前途的改進環氧樹脂性能的方法。然而，如何實現在提高環氧樹脂機械性能的同時改善其不良的導熱性是一個重要的難題。同時納米材料在環氧樹脂中的分散性是一個重要問題。

碳納米管和石墨烯作為碳納米族材料，已被證實具有超高的比表面積、優異的力學性能以及良好的導電性和導熱性，已被用來作為優秀的納米材料來改善樹脂的性能。氮化硼納米片，具有良好的導熱能力的納米材料，通常被用來作為改善樹脂導熱性差的問題。通常來說，利用納米材料改善環氧樹脂是一種低成本、高效率的方法。以機械混合的方法，將一定質量的納米材料添加入環氧樹脂中，環氧樹脂固化后在其中形成力承載網絡，來改善環氧樹脂的性能。

本發明擬通過添加碳納米管與碳化硼混雜納米，利用超聲震蕩分散納米材料，之后與環氧樹脂混合的方法，來改善環氧樹脂的韌性，尤其改善環氧樹脂的斷裂韌性。并同時改善環氧樹脂的導熱性，實現環氧樹脂的多功能應用。本發明預期在航空航天領域，電子元器件封裝領域等具有廣泛的應用前景。

發明內容：

本發明的目的是克服上述現有技術存在的不足，提供一種高韌性、導熱性環氧樹脂復合材料及其制備方法。針對環氧樹脂的性能缺點，本發明提供一種通過機械混合添加碳納米管與氮化硼雜化填料的方法來改善環氧樹脂的韌性差，導熱性差的問題。其中通過對環氧樹脂復合材料內的承力網絡結構、導熱網絡結構以及添加量等進行改進，并采用相應的制備方法，與現有技術比能夠有效的解決在改善環氧樹脂韌性差的同時改善導熱性能不佳的問題。通過不同種類和形貌納米材料的混合添加，制備兼具高韌性和高導熱特性的環氧樹脂復合材料。該環氧樹脂復合材料內的納米填料量低至0.2-5％的質量比，而斷裂韌性與純環氧相比提高89％，導熱系數提高400％，韌性高，導熱性高，確保了該復合材料優異的韌性與導熱性，尤其適用于航空領域膠接結構中既要承力又要求傳熱的結構。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高韌性、導熱性環氧樹脂復合材料，原料組分包括環氧樹脂、納米填料與固化劑，所述的納米填料為二維片層結構氮化硼和一維管狀碳納米管的混合物，二者按質量比為二維片層結構氮化硼：一維管狀碳納米管＝(0.5-1.5):(1-1.5)，所述的納米填料加入量為環氧樹脂質量的0.2-5％，所述的固化劑加入量與環氧樹脂質量比為環氧樹脂：固化劑＝1:(3-4)，所述的環氧樹脂為雙酚A型環氧樹脂。