[發(fā)明專利]一種環(huán)氧樹脂基納米復合材料及其制備方法

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• 申請日: 2022-06-15
• 公開（公告）號: CN115160737A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發(fā)明（設計）人: 孫偉福;高丹丹
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C08L63/02
• 分類號: C08L63/02;C08L53/02;C08K9/02;C08K3/04
• 代理公司: 重慶智慧之源知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 50234
• 代理人: 余洪

本發(fā)明提供一種環(huán)氧樹脂基納米復合材料及其制備方法，該制備方法通過在環(huán)氧樹脂基體中摻入磺化橡膠、酸化碳納米纖維以及固化劑制備得到復合材料，利用改性的酸化碳納米纖維和磺化橡膠二者的協(xié)同作用，實現(xiàn)填料在環(huán)氧樹脂基體中的均勻分散，在提高了復合材料的機械強度的同時也提高了韌性。

技術領域

本發(fā)明涉及高分子復合材料防護技術領域，尤其涉及一種環(huán)氧樹脂基納米復合材料及其制備方法。

背景技術

隨著現(xiàn)代各項高精尖科學技術的迅速發(fā)展，軍事領域中，武器裝備相關的研發(fā)產(chǎn)品也在不斷的更新?lián)Q代。例如第二次世界大戰(zhàn)中，蘇聯(lián)以鋼取材批量化生產(chǎn)的SN-42型防彈胸甲，雖然可以抵擋MP40沖鋒槍發(fā)射的9mm子彈，但是由于整件防彈衣過于沉重，給沖鋒陷陣的士兵帶來了行進壓力，后續(xù)被輕質(zhì)材料研制的高性能防彈衣所取代。同時迫于威力日益增強的反裝甲武器的威脅，如何有效地改善戰(zhàn)爭中武器裝備的生存能力，延長其使用壽命，具有輕量化、強防護特點的先進復合材料成為了各國研究的熱點。

在聚合物先進復合材料研究領域中，環(huán)氧樹脂于1909年首次被俄國化學家研發(fā)而成，定義為含有一個以上環(huán)氧基的預聚物，其性能取決于分子量的數(shù)值，分子量越大，粘度越高，反之亦然。事實上，環(huán)氧樹脂單體無法應用到實際生產(chǎn)中，需要將其與固化劑按照一定量的化學計量比混合，固化生成三維交聯(lián)網(wǎng)絡狀結構才能發(fā)揮出環(huán)氧樹脂的特性。

但是固化后的環(huán)氧樹脂呈現(xiàn)出過高的交聯(lián)密度，是造成材料質(zhì)脆、韌性差和抗沖擊性能低的本質(zhì)因素，在運用環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生微裂紋，影響性能從而降低使用壽命。鑒于此，人們多對環(huán)氧樹脂進行改性研究，碳納米材料的引入可以大幅度的提高環(huán)氧基體的抗拉強度、彈性模量，增韌劑的引入可以極大地改善基體的斷裂韌性和抗沖擊性能，尤其是功能化處理后的填料在基體中的分散更加均勻，界面之間的相互作用更強，優(yōu)化效果更為明顯。但是分析各項研究成果可以得出，單一碳納米材料在增強基體性能的同時對韌性的改善效果不理想，單一增韌劑的填入可以有效地提高基體的韌性卻是以犧牲復合材料的機械性能為代價。

而且在過去的研究中，鑒于碳納米管微觀結構缺陷少，環(huán)氧基體的碳納米填料主要是以碳管為主，碳納米管是由石墨烯納米片卷曲而成的中空管狀結構，錐角為0，碳納米管的長徑比和表面能較高，造成分子之間存在極強的范德華力，導致填料在基體中容易發(fā)生團聚，難以均勻分散，從而影響復合材料性能的提升，除此之外，碳納米管對制備工藝要求苛刻，生產(chǎn)成本高。

隨著社會發(fā)展進步，材料單一力學性能的增強已經(jīng)無法滿足生產(chǎn)制造所需，不斷迭代和完善先進復合材料的綜合性能，制備出更強更韌的多功能性復合材料，更深層次地拓展環(huán)氧樹脂基納米復合材料的應用，成為目前探索的主要階段。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種環(huán)氧樹脂基納米復合材料及其制備方法，主要解決的技術問題是：單一碳納米材料在增強基體性能的同時對韌性的改善效果不理想，單一增韌劑的填入可以有效地提高基體的韌性卻是以犧牲復合材料的機械性能為代價。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種環(huán)氧樹脂基納米復合材料的制備方法，通過在環(huán)氧樹脂基體中摻入磺化橡膠、酸化碳納米纖維以及固化劑制備得到。

可選的，所述制備方法中原材料的質(zhì)量配比為：環(huán)氧樹脂80-97.5份，磺化橡膠20-2.5份，酸化碳納米纖維0.25-1.0份，固化劑23.808-26.784份。

可選的，所述制備方法中原材料的質(zhì)量配比為：環(huán)氧樹脂90份，磺化橡膠10份，酸化碳納米纖維0.25-1.0份，固化劑23.808-26.784份。

可選的，所述環(huán)氧樹脂為雙酚A型環(huán)氧樹脂E-51，橡膠原料為聚苯乙烯-乙烯-丁烯-聚苯乙烯三嵌段共聚物SEBS；固化劑為4,4’-二氨基二苯基甲烷。

可選的，所述制備方法包括：

(1)將磺化橡膠真空干燥后，加入有機溶劑并在室溫下密封攪拌，制備磺化橡膠溶液；