一种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]环氧树脂具有粘结性强、耐腐蚀、绝缘性好、强度高等特点，因此可将其应用于涂料、粘合剂、电子封装和复合材料等领域，但因其缺点是固化后内应力大，易剥离和开裂，并且耐疲劳、耐热和冲击韧性差，导致其应用范围受限。
[0003]碳纳米管是一种管状结构纳米碳材料，于1991年被日本NEC电镜专家饭岛发现。碳纳米管具有优良的导电性能和化学稳定性，且具有纤维状结构。由于碳纳米管为一堆纳米材料，直径在纳米尺寸范围，长度在微米尺寸范围，长泾比一般在1000以上。由于特殊的结构形态，碳纳米管之间互相缠绕，难于分散，使用性能并不理想。
[0004]将多壁碳纳米管与环氧树脂结合，充分发挥两者的特点，则有可能获得综合性能优异的复合材料，但需对碳纳米管进行改性，改善其在环氧树脂中的分散性。现有技术中经改性的碳纳米管在环氧树脂中的分散效果不好，或是改性的碳纳米管不易过多，否则分散性仍然不够理想，从而影响了复合材料的性能。
【发明内容】
[0005]本发明针对上述不足之处而提供的一种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，通过将多壁碳纳米管(MWCNTs)负载与微米级的云母片上制备云母-多碳纳米管杂化材料，改善多壁碳纳米管的分散性，而且将云母的片状结构与多壁碳纳米管的纳米管状结构的优异性能相结合，再将其与环氧树脂中，得到分散性、防腐蚀性以及热稳定性能都良好的复合材料。
[0006]为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0007]—种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料，其制备过程具体包括以下步骤:
[0008](1)酸化多壁碳纳米管的制备
[0009]称取多壁碳纳米管于烧杯中，然后加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1的混酸，超声振荡lh后移入三口烧瓶中，40°C，200r/min搅拌12h，接着用去离子水稀释，抽滤，用0.lmol/L氢氧化钠溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳纳米管;其中多壁碳纳米管与混酸的重量比为1: 10;浓硫酸的浓度为98%，浓硝酸浓度为95% ;
[0010](2)云母(mica)的预处理
[0011]称取云母于烧杯中，然后加入无水乙醇/去离子水的混合溶液，超声分散5min，接着加入10wt %的KH560，超声分散30min后将其移入三口烧瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；称取改性后的云母于烧杯中，加入等重量的去离子水混匀，再加入盐酸，超声分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中无水乙醇/去离子水混合溶液中无水乙醇和去离子水的体积比为6:1;云母与无水乙醇/去离子水混合溶液的重量比为1:8;盐酸占超声分散20min时混合溶液重量的5% ；
[0012](3)mica_MWCNTs杂化材料的制备
[0013]称取预处理的云母于烧杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超声分散30min，再加入酸化后的多壁碳纳米管继续超声分散20min，移入三口烧瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 杂化材料 (云母负载多壁碳纳米管杂化材料 ) ； 其中 ，预处理的云母与酸化的多壁碳纳米管的重量比为5:1;
[0014](4)改性 mica-MWCNTs 的制备
[0015]称取mica-MWCNTs杂化材料于烧杯中，然后加入无水乙醇/水混合溶液，超声分散30min，再加入KH560，超声分散20min后移入三口烧瓶中，在80°C下搅拌lh，过滤、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中无水乙醇/水混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为6:1;KH560占mica-MWCNTs杂化材料重量的2% ;mica-MWCNTs杂化材料与无水乙醇/水混合溶液的重量比为1:10;
[0016](5)云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
[0017]将改性的mica-MWCNTs与环氧树脂混合，快速搅拌制备云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mica_MWCNTs的质量分数为2 %。
[0018]本发明提供的一种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料及其制备方法，具有以下几种有益效果:
[0019](1)多壁碳纳米管由于极大的表面能，使其非常容易团聚，通过将多碳纳米管负载于微米材料云母上的方法以及与KH560有机改性相结合的方法有效的改性多壁碳纳米管，较大程度的改善多碳纳米管的分散性。
[0020](2)制备过程简单，制备得的复合材料防腐性能和热稳定性能好。
【附图说明】
[0021 ]图 1 为mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及纯的epoxy浸泡2h后的阻抗谱图；
[0022]图2为mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy 以及纯的epoxy浸泡96h后的阻抗谱图；
[0023]图3 为mica_MWCNTs/epoxy、MWCNTs/epoxy、epoxy 的热失重图谱；
[0024]图4为epoxy涂层放大200倍的SEM图片；
[0025]图5为MWCNTs/epoxy复合涂层放大200倍的SEM图片；
[0026]图6为mica-MWCNTs/epoxy复合涂层放大200倍的SEM图片；
[0027]图7为epoxy涂层放大500倍的SEM图片；
[0028]图8为MWCNTs/epoxy复合涂层放大500倍的SEM图片；
[0029]图9为mica-MWCNTs/epoxy复合涂层放大500倍的SEM图片。
【具体实施方式】
[0030]实施例1
[0031]一种云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料，其制备过程具体包括以下步骤:
[0032](1)酸化多壁碳纳米管的制备
[0033]称取多壁碳纳米管于烧杯中，然后加入浓硫酸和浓硝酸体积比为3:1的混酸，超声振荡lh后移入三口烧瓶中，40°C，200r/min搅拌12h，接着用去离子水稀释，抽滤，用0.lmol/L氢氧化钠溶液洗至中性，80°C烘干，得酸化多壁碳纳米管;其中多壁碳纳米管与混酸的重量比为1: 10;浓硫酸的浓度为98%，浓硝酸浓度为95% ;
[0034](2)云母(mica)的预处理
[0035]称取云母于烧杯中，然后加入无水乙醇/去离子水的混合溶液，超声分散5min，接着加入10wt %的KH560，超声分散30min后将其移入三口烧瓶中回流1.5h，干燥，得改性的云母；称取改性后的云母于烧杯中，加入等重量的去离子水混匀，再加入盐酸，超声分散20min，最后加入8wt %的己二胺，回流24h，干燥;其中无水乙醇/去离子水混合溶液中无水乙醇和去离子水的体积比为6:1;云母与无水乙醇/去离子水混合溶液的重量比为1:8;盐酸占超声分散20min时混合溶液重量的5% ；
[0036](3)mica_MWCNTs杂化材料的制备
[0037]称取预处理的云母于烧杯中，然后加入N，N二甲基甲酰胺，超声分散30min，再加入酸化后的多壁碳纳米管继续超声分散20min，移入三口烧瓶中，95°C下回流24h，得mica-MWCNTs 杂化材料 (云母负载多壁碳纳米管杂化材料 ) ； 其中 ，预处理的云母与酸化的多壁碳纳米管的重量比为5:1;
[0038](4)改性 mica-MWCNTs 的制备
[0039]称取mica-MWCNTs杂化材料于烧杯中，然后加入无水乙醇/水混合溶液，超声分散30min，再加入KH560，超声分散20min后移入三口烧瓶中，在80°C下搅拌lh，过滤、烘干，得改性的mi ca-MWCNTs ;其中无水乙醇/水混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为6:1;KH560占mica-MWCNTs杂化材料重量的2% ;mica-MWCNTs杂化材料与无水乙醇/水混合溶液的重量比为1:10;
[0040](5)云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料的制备
[0041 ] 将改性的mica-MWCNTs与环氧树脂混合，快速搅拌混勾制得云母负载多壁碳纳米管/环氧树脂复合材料(mica-MWCNTs/epoxy)，其中改性的mi