环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的制备方法与流程

本发明属于复合材料技术领域；具体涉及环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的制备方法。

背景技术：

环氧树脂(Epoxy Resin)是近年来被广泛应用的一种高分子热固性合成材料,它具有优良的粘接性能、抗腐蚀性能和电绝缘性能等等,被广泛应用于涂料、胶粘剂和工程材料领域。在电气电子、机械制造、化工防腐、船舶码头、航空航天等许多工业领域中发挥着重要的作用,是各种工业领域中不可或缺的基础材料之一。环氧树脂具有如此多的应用是由于其优异的力学性能，电绝缘性能，收缩率低，粘接性能好，耐化学性，良好的加工性能，价格低廉等特点。EP质脆，对其进行增韧改性也是必须的。

技术实现要素：

本发明提供了一种制备环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的方法，通过水热法制备出碳纳米管/纳米镍复合材料，再利用乳化机将碳纳米管/纳米镍均匀的分散在环氧树脂中。采用原位聚合法制备环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料，目的在于对环氧树脂增强其力学性能。

本发明中环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的制备方法是按下述步骤进行的：

步骤一、在碳纳米管上负载纳米镍粉；

步骤二、然后加入环氧树脂中，乳化分散，得到环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物；

步骤三、将步骤二制得的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物与固化剂PA-651分别预热后混匀，再倒入预热好的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中，放入烘箱中固化，得到环氧树脂/石墨烯/纳米镍复合材料；

其中步骤三所述的固化是先在70℃温度下反应2h，再在125℃温度下反应2.5h，然后在150℃温度下反应1h。

步骤一中碳纳米管负载纳米镍粉的方法如下：称取1.8g的NiSO₄·6H₂O和0.3g多壁碳纳米管溶于25mL乙二醇中形成溶液，加入NaOH溶液，所述NaOH溶液是将1.2g NaOH加入10mL水中超声溶解配置成的，再加入11mL 80％的水合肼，反应液搅拌均匀后，转移至不锈钢高压反应釜中，在120℃下反应2h，待反应时间到冷却后，离心过滤，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在50℃下真空干燥24h，得到纳米镍/多壁碳纳米管复合物。

步骤二中将质量百分比为0.9％的碳纳米管/纳米镍分别加入60g环氧树脂(E-51)中，利用乳化机进行乳化分散，转速4500r/min乳化分散5min-7min，得到环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物。

所述的环氧树脂为E-51环氧树脂。

步骤三中将分散好的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物及固化剂PA-651(低分子聚酰胺)分别放入63℃烘箱中预热2h后混合，以100r/min的转速搅拌3-5min(排出裹在环氧树脂中的气泡)，形成环氧树脂/碳纳米管/纳米镍预聚物，倒入到经过55℃预热2.5h的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中，接着放入烘箱固化，得到环氧树脂/石墨烯/纳米镍复合材料。

固化剂PA-651用量是环氧树脂的50wt％。

本研究首先将纳米镍负载在碳纳米管上，然后采用特殊工艺将纳米镍/碳纳米管均匀分散在环氧树脂基体中，研制环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料工程塑料。碳纳米管可增强、增韧，纳米镍可提高导电性。因此这样制得的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料就具有了优良的导电性和优异的机械性能，使得其在胶粘剂、电子仪表、航空航天、涂料、电子电气绝缘材料等领域应用更为广泛。

所述方法制备的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料，碳纳米管/纳米镍在环氧树脂中的分散性良好，与纯环氧树脂相比，当碳纳米管/纳米镍含量为2.3wt％时抗拉强度分别增加了47.3％。

1、在碳纳米管充当表面活性剂条件下，制得的纳米镍粉粒径在纳米级，尺寸稳定，粒径较小；

2、本发明中还原剂为水合肼，水合肼在反应过程中产生氮气能有效阻止纳米镍的氧化，同时产生的水对其反应没有任何影响；

3、采用乳化机对环氧树脂/碳纳米管/纳米镍体系分散，此方法简单、易操作、分散性较好，不需要添加任何表面修饰剂及偶联剂；

4、采用原位聚合法制备环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料，其性能与纯环氧树脂相比，当碳纳米管/纳米镍含量为2.3wt％时抗拉强度增加了47.3％。

附图说明

图1是环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的SEM图；

图2是纯环氧树脂、碳纳米管/纳米镍、环氧树脂/碳纳米管/纳米镍的XRD图；

图3是环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的DMA图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式中环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的制备方法，其特征在于该方法是按下述步骤进行的：

步骤一、称取1.8g的NiSO₄·6H₂O和0.3g多壁碳纳米管溶于25mL乙二醇中形成溶液，加入1.2g NaOH加入10mL水超声溶解配置成的溶液，再加入11mL 80％的水合肼，反应液搅拌均匀后，转移至不锈钢高压反应釜中，在120℃下反应2h，待反应时间到冷却后，离心过滤，依次用蒸馏水和无水乙醇洗涤，在50℃下真空干燥24h，得到纳米镍/多壁碳纳米管复合物；

步骤二、将质量百分比为0.9％的碳纳米管/纳米镍分别加入60g环氧树脂(E-51)中，利用乳化机进行乳化分散，转速4500r/min乳化分散5min-7min，得到环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物；

步骤三、将分散好的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍混合物及固化剂低分子聚酰胺(PA-651)(固化剂PA-651用量是环氧树脂的50wt％。)分别放入63℃烘箱中预热2h后混合，以100r/min的转速搅拌3-5min(排出裹在环氧树脂中的气泡)，形成环氧树脂/碳纳米管/纳米镍预聚物，倒入到经过55℃预热2.5h的涂有高真空硅脂的聚四氟乙烯模具中。接着放入烘箱固化，得到环氧树脂/石墨烯/纳米镍复合材料，固化条件为：70℃/2h，125℃/2.5h，150℃/1h。

通过图1描电镜可以观察到其断面图形成的新表面除了河流线清晰外，裂纹和断面都十分的整齐匀称，没有发生团聚现象，证明碳纳米管的酸化处理解决了复合材料存在易团聚的现象，也避免了因在环氧树脂中分散性差而导致的复合材料力学性能低的问题。

通过图2 XRD测试，图中曲线a是纯环氧树脂的XRD曲线，在2θ为15°～25°的位置出现峰值较小，峰宽较大的峰，这是环氧树脂的特征峰；曲线b是碳纳米管/纳米镍的XRD曲线，除有镍的特征峰外也有石墨烯的特征峰；曲线c是环氧树脂/碳纳米管/纳米镍的XRD曲线，图中出现了较纯环氧树脂特征峰过宽的吸收峰，是因为环氧树脂和石墨烯的特征峰发生了重叠，此外没有氧化铜的特征峰出现了，说明了成功的制备出了环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料。

图3是碳纳米管/纳米镍含量不同的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍复合材料的损耗因子曲线，从图中可以看出由于局限效应随着碳纳米管/纳米镍含量的加入损耗因子的峰位逐渐向高温方向移动，纯环氧树脂的峰值为104℃，而采乳化分散法制备得到碳纳米管/纳米镍含量为0.9wt％的环氧树脂/碳纳米管/纳米镍固化物的峰位出现在117℃处，玻璃化转变温度提高了13℃。这是由于碳纳米管/纳米镍具有较强的表面能和化学反应活性，能够与环氧树脂发生化学键合作用，形成化学交联点，链段的运动能力下降，使得分子链的活动阻力增加，从而提高它们的玻璃化转变温度。说明碳纳米管/纳米镍的加入，使得基体环氧树脂的耐热性得到明显的改善。