基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料及制备方法及衍生材料的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，包括0.01～25wt％的富勒烯材料、0.01～98.5wt％碳化硅斜方微晶须、0.01～98.5wt％刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土；其中，所述C60、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合；所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态；所述刻蚀复合材料包括0.01～99.99wt％表面经过湿法刻蚀处理的碳化硅和0.01～99.99wt％表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。
【专利说明】
基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料及制备方法及衍生材料
技术领域
[0001 ]本申请涉及基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料及制备方法及衍生材料，属于新材料技术领域。
【背景技术】
[0002]碳化硅微晶须为立方微晶须，和金刚石同属于一种晶型，是目前已经合成出的晶须中硬度最尚，_旲量最大，抗拉伸强度最大，耐热温度最尚的晶须广品，分为0型和β型两种形式，其中β型性能优于α型并具有更高的硬度(莫氏硬度达9.5以上)，更好的韧性和导电性能，抗磨、耐高温，特别耐地震、耐腐蚀、耐辐射，已经在飞机、导弹的外壳上以及发动机、高温涡轮转子、特种部件上得到应用。同样，氧化铝微晶须作为一种陶瓷晶须，具有高强度及优越的力学性能，而且不存在高温氧化问题。但是现有的碳化硅微晶须还是氧化铝微晶须或碳化硅微晶须与氧化铝微晶须的复合材料，皆为刚性材质，而加入C6q富勒烯材料的柔性特性后应用会更广阔。
【发明内容】
[0003]本发明了提供一种基于C6q富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料及制备方法及衍生材料，以解决上述技术问题。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，包括0.0I?25wt %的富勒烯材料、0.0I?98.5wt %碳化硅斜方微晶须、
0.01?98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土;其中，所述C6Q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合;所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态;所述刻蚀复合材料包括0.0I?99.99wt %表面经过湿法刻蚀处理的碳化硅和0.0I?99.99wt %表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。
[0005]本发明所述碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-lOOOnm。
[0006]本发明所述高岭土的纯度为99.99%。
[0007]本发明所述碳化硅斜方微晶须包括β碳化硅或α碳化硅。
[0008]本发明所述富勒烯材料为C6q、C76、C78、C84或富勒烯衍生物。
[0009 ]本发明所述C6Q与碳化娃斜方微晶须的结合包括物理混合和分子链的结合。
[0010]基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0011 ] a.制备刻蚀复合材料，利用湿法刻蚀制备所述氧化铝和碳化硅；
[0012]b.粉碎碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-l OOOnm ；
[0013]c.将干燥的高岭土与Na2SiF6混合；
[0014]d.0.0I?25wt %的富勒烯材料、0.0I?98.5wt %碳化硅斜方微晶须、0.0I?98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土混合;再加入氟化材料；
[0015]e.加热上述混合物，制得基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。
[0016]本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备方法，采用的氟化材料是四氟乙烯或聚四氟乙烯。
[0017]本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备方法，所述步骤e中加热混合物的具体条件为:在800-850 °C的温度范围加热处理包括富勒烯材料、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料、经Na2SiF6处理的高岭土及氟化材料的混合物;加热设备采用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。
[0018]—种改性泡沫塑料，包括本发明所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料和树脂，I?25wt%的基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料与75?99*1:%树月旨混合O
[0019]作为优选，一种改性泡沫塑料所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料与微球体混合。
[0020]—种塑料电子元件，包括本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。
[0021]—种的添加剂，包括本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，可添加于氢化丁腈橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料或热塑性聚氨酯弹性体中。
[0022]—种树脂粒子，采用本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与树脂材料混着。树脂材料包括PP、PS或ABS等。
[0023]通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点:
[0024]本发明描述了复合碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料和富勒烯材料，相比现有的氧化铝斜方晶和/或碳化硅斜方微晶须复合材料，使材料兼具硬度和柔性，而本发明具有超强的硬度和柔性，可谓刚柔兼备，无坚不摧。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例中所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备过程示意图。
[0026]图2是本发明实施例中所述刻蚀复合材料电子显微镜下的示意图。
[0027]图3是C6q和碳化硅斜方微晶须分子链结合的示意图。
[0028]图4是C6q和碳化硅斜方微晶须分子链结合的另一视角的示意图。
[0029]图5是图4所示A部的局部放大示意图。
[0030]图6是本发明所述C6q富勒烯材料的微米碳化硅微晶须复合材料与微球体混合后的示意图。
【具体实施方式】
[0031]为了使本发明申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图1和附图6，通过具体实施例对本发明申请技术方案作详细描述。
[0032]实施例1:
[0033]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料，其特征在于:包括0.0lwt %的C6Q、0.01wt%碳化娃斜方微晶须、98.5*1:%刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土；
[0034]其中，所述C6Q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合；
[0035]所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态；
[0036]所述刻蚀复合材料包括0.0lwt %表面经过湿法刻蚀处理的碳化娃和99.99wt %表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。
[0037]作为优选，所述碳化娃斜方微晶须的长度为200nm-1OOOnm0
[0038]作为优选，所述高岭土的纯度为99.99%。
[0039]作为优选，所述碳化硅斜方微晶须为β碳化硅。
[0040]本发明所述富勒烯材料为C6Q、C76、C78、C84及富勒烯衍生物。所述C6q与碳化硅斜方微晶须的结合包括物理混合和分子链的结合。
[0041 ]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0042]a.制备刻蚀复合材料，利用湿法刻蚀制备所述氧化铝和碳化硅；
[0043]b.粉碎碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm;
[0044]c.将干燥的高岭土与Na2SiF6混合；
[0045]d.0.0Iwt %的05()、0.0Iwt %碳化硅斜方微晶须、98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土混合;再加入氟化材料；
[0046]e.加热上述混合物，制得基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。
[0047]作为优选，所述氟化材料是四氟乙烯或聚四氟乙烯。
[0048]本发明所述步骤e中加热混合物的具体条件为:所述步骤e中加热混合物的具体条件为:在800-850 °C的温度范围加热处理包括C6q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料、经Na2SiF6处理的高岭土及氟化材料的混合物;加热设备采用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。
[0049]实施例2:
[0050]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料，其特征在于:包括1wt %的C6q、89.5wt %碳化硅斜方微晶须、0.0lwt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土;通常情况下，Ceo、高岭土的用量很少。
[0051 ]其中，所述C6Q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合；
[0052]所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态；
[°°53] 所述刻蚀复合材料包括99.99wt%表面经过湿法刻蚀处理的碳化娃和0.0lwt %表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。
[0054]作为优选，所述碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm。
[0055]作为优选，所述高岭土的纯度为99.99%。
[0056]作为优选，所述碳化硅斜方微晶须为β碳化硅。
[0057]本发明所述富勒烯材料为C6q、C76、C78、C84及富勒烯衍生物。
[0058]本发明所述C6Q与碳化娃斜方微晶须的结合包括物理混合和分子链的结合。
[0059 ]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0060]a.制备刻蚀复合材料，利用湿法刻蚀制备所述氧化铝和碳化硅；
[0061 ] b.粉碎碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm;
[0062]c.将干燥的高岭土与Na2SiF6混合；
[0063 ] (1.0.01?25￥七％的06()、0.01?98.5￥七％碳化硅斜方微晶须、0.0I?98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土混合;再加入氟化材料；
[0064]e.加热上述混合物，制得基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。
[0065]作为优选，所述氟化材料是四氟乙烯或聚四氟乙烯。
[0066]本发明所述步骤e中加热混合物的具体条件为:所述步骤e中加热混合物的具体条件为:在800-850 °C的温度范围加热处理包括C6q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料、经Na2SiF6处理的高岭土及氟化材料的混合物;加热设备采用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。
[0067]实施例3
[0068]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料，其特征在于:包括1wt %的C6q、44.5wt %碳化硅斜方微晶须、44.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土；
[0069]其中，所述C6Q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合；
[0070]所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态；
[0071 ] 所述刻蚀复合材料包括50wt %表面经过湿法刻蚀处理的碳化硅和50wt %表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。
[0072]作为优选，所述碳化娃斜方微晶须的长度为200nm-1OOOnm0
[0073]作为优选，所述高岭土的纯度为99.99%。
[0074]作为优选，所述碳化硅斜方微晶须为β碳化硅。
[0075]本发明所述富勒烯材料为C6q、C76、C78、C84及富勒烯衍生物。
[0076]本发明所述C6Q与碳化娃斜方微晶须的结合包括物理混合和分子链的结合。
[0077 ]本发明所述基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料的制备方法，包括如下步骤:
[0078]a.制备刻蚀复合材料，利用湿法刻蚀制备所述氧化铝和碳化硅；
[0079]b.粉碎碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1000nm;
[0080]c.将干燥的高岭土与Na2SiF6混合；
[0081 ] d.0.0I ?25wt % 的 C6Q、0.0I ?98.5wt % 碳化硅斜方微晶须、0.0I ?98.5wt % 刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土混合;再加入氟化材料；
[0082]e.加热上述混合物，制得基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。
[0083]作为优选，所述氟化材料是四氟乙烯或聚四氟乙烯。
[0084]本发明所述步骤e中加热混合物的具体条件为:所述步骤e中加热混合物的具体条件为:在800-850 °C的温度范围加热处理包括C6q、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料、经Na2SiF6处理的高岭土及氟化材料的混合物;加热设备采用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。
[0085]实施例4:
[0086]—种改性泡沫塑料，包括基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料和树脂，
0.5?25*1:%的基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料与75?99.5wt%树脂混合。
[0087]本实施例还包括微球体，所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与微球体混合。
[0088]本实施例还包括微球体，所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与微球体混合。微球体是一种加工处理的微型空心球体。空心球体主要特点是其密度比实心球体更小，是一种新型轻质材料，大多数微球体的都是由飞灰所制成，但现在许多不同的制作微球体的材料有:碳化硅或聚合物类材料，如:聚苯乙烯，聚乙烯和热活性的聚合物。复合泡沫塑料通过加入微球体，可以获得浮力。除了浮力添加特征的微球体外，有时加入微球体可以增加冲击强度，有时亦可使之改变液体或泡沫塑料的粘度。
[0089]实施例5:
[0090]—种涂料，在现有涂料中加入改性泡沫塑料。本发明所得的聚合物结构明确，成膜性能好，并且具有很低的折光指数;聚合过程在较低温度，常压下聚合;比较经济且安全。可应用到-184°C的保温材料。
[0091]实施例6:
[0092]—种绝缘材料，在现有绝缘材料中改性泡沫塑料。富勒烯复合材料添加耐热性树脂故散热性优异，散热性能可维持在高段，马达效率优异，热不停留则散热优良，其绝缘线圈可以使太阳能汽车等的电动马达及电抗器等各种电器的使用寿命延长。
[0093]实施例7:
[0094]—种塑料电子元件，在现有电气元件材料中添加基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。该新型复合材料的内部及各个表面上同时具有富勒烯的导热散热性能，具有优异的导热散热性能，可有效散出电子器件内部的热量，为微型大功率装备提供了可行性。
[0095]实施例8:
[0096]基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料作为一种添加剂，添加于氢化丁腈橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料或热塑性聚氨酯弹性体中。
[0097]在下面的实施例中，将对基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料进行全面的介绍。
[0098]首先介绍基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的组成成分。
[0099](0富勒烯(:60。
[0100]( ? )碳化硅，长度为200nm-1000nm，其表面经湿法蚀刻改造。
[0101](iii)刻蚀复合材料，长度为200nm-1OOOnm，表面被蚀刻。
[0102](iv)高岭土，经氟硅酸钠(Na2SiF6)处理。高岭土的纯度可达到99.99%。
[0103]本实施例所述复合材料包括富勒烯C6O和一个组合，所述组合物为:(i)用经氟硅酸钠(Na2SiF6)处理过的高岭土。氟硅酸钠是一种低成本且常用于氟化城市供水的白色结晶粉末。结合碳化硅时，用氟硅酸钠处理过的高岭土用作掺合剂和直接氟化碳化硅的氟来源。预蚀刻复合材料被用作迅速分散的混和剂。(? )用Na2SiF6处理的高岭土和四氟乙烯或聚四氟乙烯(C2F4或C2F4)等为生成复合材料的反应创建了一个“激活物质”。(iii)碳化硅，长度为200nm-1OOOnm，其表面经湿法蚀刻改造。
[0104]特别地，高岭土确保任何随后使用的直接氟化材料(如聚四氟乙烯(PTFE)或四氟乙烯(TFE))的彻底分解和分散。在制造期间，碳化硅的直接氟化通过Na2SiF6开始，以使制造工艺成本较低。此外，预蚀刻后的复合材料增加了所得组合物的结构和热质量，且独立地确保了氟化材料的完全分解和分散。
[0105]特别地，本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料除了具有与莫来石微晶须、PSialons、氧化铝和碳化硅的机械和热学性能，还具有C6q富勒烯材料其特有的柔韧性和无比强的硬度。例如，本发明所公开的复合材料可加入到环氧树脂/微球基质涂料、泡沫材料和设备中，可以提高所需的机械性能和热性能，而不显著改变宿主材料的比重或其他特殊性能。而具有特定比例的组合物还能够更有效地用于一些特定用途。
[0106]下面介绍制备基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料的方法，包括:
[0107]C6Q和使用稀释的氢氟酸(BHF)预湿碳化娃。
[0108]BHF预湿的C6q和碳化硅直接与氟化的复合材料混合。在氟化过程中，由干高岭土和Na2SiF6作为氟化材料、掺合剂，并且可以在低温下和直接氟化源下进行混合。同样，PTFE或TFE也可以作为补充或新增的直接氟化剂加入。
[0109]制备方法通常还包括在800°C-850°C下加工该混合物。加热设备包括但不限于使用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。
[0110]这里所阐述的复合材料和生产方法比起已知的合成物和方法来说具有几点优点。它的优点包括但不限于以下:
[0111](I)加工时间相对较短，保证其在较低的成本下连续大量的生产。
[0112](2)所制备的材料易于与其他物质均匀复合，例如可以制备成微球体填充在复合泡沫塑料中。
[0113]通过使用预处理的活化材料可以实现该基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的快速生产。一般地，活化材料可包括预蚀刻复合材料，Na2SiF6处理的高岭土和直接氟化材料。活化材料一般可以与碳化硅迅速混合，并且可以在高温和浓缩氮-空气-氟化氢的氛围中快速处理。特别地，加热高岭石(Al2Si2O5(OH)4)从室温到约750 °C来产生偏高岭土(2Al2Si207+4H20)，这是由于在600°C左右开始吸热分解，这个阶段会产生一种物质而变成伽马氧化铝(Si3Al4012+Si02)。该过程以前常用于生产eSiAlONS，而现在可以用于生产莫来石微晶须。
[0114]将活化材料(高岭土，PTFE或TFE)与干燥的碳化硅混合可生成长度任意的正交状碳化硅微晶须。正是这些特征而使得该基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料生产的各种材料的热学和机械性能的增强，例如，复合泡沫塑料可以在深海工程中得以应用，作为新型保温绝缘材料应用在深海海底，对石油管道暴露在海底金属部分保护，性能会比现在的硅材料优异，且价格低廉。类似的特征，尤其是随机分布的长度，使得材料的机械强度增强，例如乙烯基酯，凝胶涂料，浇铸聚氨酯等材料，主要就是由于掺合物长度的随机分布而使得其性能提尚。
[0115]此处所公开的方法可以在较低的温度下进行，因为Na2SiF6开始放出气体的温度为500°C，它是本文所公开的选定实例上升温度的下限。这个初放气过程使碳化硅的蚀刻比其他已知方法要早得多，如此即增加了生产速度又降低了废气的排放量，特别是HF。从而能够降低洗涤和处理废水的设备成本。
[0116]与上述公开的实施方案相一致的一种具有代表性的过程如下:在微电子刻蚀池中用BHF对碳化硅进行刻蚀，当出现蚀刻角度斜方晶系结构时，说明氧化层被去除。高岭石/高岭土是通过混合与压缩和Na2SiF6混合的。经蚀刻的碳化娃与增强高岭石/高岭土、C6Q以选定的比例均匀地混合。保存混合/润湿剂处理过的材料。将干蚀刻材料(四氟乙烯或聚四氟乙稀(C2F40r C2F4x))以指定的比例稳定混合到所保存的共混/润湿剂中。当干蚀刻材料完全加入该混合物中后，持续搅拌一段特定时间，以确保所得到的混合材料尽可能地均匀。将一定量C6Q和碳化硅加入到该混合的蚀刻复合材料、高岭土和干法蚀刻的材料中，同时持续搅拌。此混合物被加热到约8000C-8500C，然后快速冷却。腔室的温度从800°C-850°C快速降到
O°C以下，对均匀fsSiC/Al203微晶须进行快速淬火。
[0117]在下面所述的各种用途中，所产生的材料被加入到另一种材料，产品或结构中，例如，复合泡沫塑料。公开的范围包括所引用的方法和组合物或由该方法制成的产品。
[0118]另外，本发明的方法相较于先前的方法在生产每个既定的生产量时，使用了较少的聚氟乙烯。聚氟乙烯是在生产蚀刻碳化硅过程中最为昂贵的材料。因此，所公开的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料可以比其它方法处理制备的组合物的成本更低。
[0119]在各种应用中使用的表面刻蚀的C6q碳化硅纳米微晶须复合物。
[0120]上述制备的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料可以用于各种各样的实际应用中。而选定的用途将在下文中详细描述。当然，本发明公开的范围仅是本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的一些特定的使用范围，在其他范围或者产品中使用到基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，也应当属于本发明的保护范围之内。
[0121 ]增强复合泡沫塑料的热学和机械性能，无论是制造聚氨酯，聚丙烯或环氧树脂的复合物可用在深海工程的应用。
[0122]上述制备的复合物的一种方法包括:增加表面刻蚀的C6Q富勒烯材料的微米碳化硅微晶须复合物的质量百分比至7.5%_15%，混合到微球体中。然后将这种混合物混合到树脂基泡沫塑料复合材料中，制备成复合泡沫塑料，应用于水下立管，进水管和用于石油，天然气和采矿行业中的关键金属零部件的深海下绝热。
[0123]海下，特别是深海下，复合泡沫塑料是加入一种或者多种尺寸的微球的环氧树脂、聚氨酯、聚丙烯材料。微球通常从燃煤电站飞尘副产物中得到，即使微球中含有大量的钙、硅、铝、铁，它的质量也非常轻。当然也可以通过用热塑性聚合物来得到微球，但是这种方式比将飞尘从废浮层中提取出要贵的多。近来，人造玻璃微球应用越来越多，将泡沫先驱体材料与微球的结合，并加入本发明公开的刻蚀复合物，使得最终得到的涂层拥有更好的机械性能和热学性能。随着流体管线长度的增加，这些热学和机械性能变得越来越重要。
[0124]例如，当流体管线超过40公里(25哩)的长度，或增加外海钻井的深度(一般情况下，它是1.6到3.2公里)。需要更加注意其保温性能，从而加入本发明公开的刻蚀复合物可以增加海底或路上石油管线设备的热学和机械性能操作的范围。
[0125]机械性能的增加使得复合泡沫塑料可以像我们这里形容的一样被生产制造出来，例如弯曲性能，提高的耐粒子碰撞的性能或者说减震性能，提高了抵抗海水侵蚀的能力。除此之外，包含有复合物的复合泡沫塑料还能够扩大了能承受更大温度的使用范围，通过在深海环境中的HAST测试，其温度适用范围从170°F.提升到360°F.。现场的测试也证实了这结果，然而其使用寿命是否会大于10年，还需要等待时间的验证。而复合泡沫材料可以具有几十年的寿命，一般的结果都能获得20-25年的使用寿命，当然，在深海下环境中，材料通常的寿命只有2-3年。因此依据本发明专利公开的方法制备的复合泡沫材料在增强其机械性能和热承的保护下具有更长的使用寿命。
[0126]本发明的复合物相比于原始碳化硅展现出更高的热稳定性和耐冲击性。除此之夕卜，与原始碳化硅相比，该复合材料还具有不减弱维度，导电性，电阻率，介电性能，抗压强度和密度不衰减的特征。因此，此次披露的材料可以容易地用于许多产品，材料或当前由氧化铝或碳化硅构成的装置的制造中。下面将就一些应用进行探讨。
[0127]此次披露的复合物可能被用于高温高功率电子元件及其组件的制造，不仅限于llkV_25kV高电压，低电容变压器测试台或二硼化锆装置。
[0128]通常人们希望在保持电学性能及机械性能的同时，高功率电子元件尺寸尽可能的小。将此复合材料用于塑料电子装置，由于所得材料会很薄且小，在增加强度的同时并无太大质量的增加。
[0129]本发明披露的复合物还可以和未经处理的氧化铝掺杂，作为氧化物混合器而用于大气压电浆焰还原加工，也可用于PVD，CVD及低压真空等离子溅射。此应用显示了该复合材料对于降低等离子体喷涂工件过程的接触时间方面有着很好的潜力，但其准确的机理不甚明了，仍在研究之中。目前已知，当考虑可重复性的散件加工时其热分布性质会更具规律性和一致性，同时喷涂时间会减少25-28%。喷涂时间的减少会大大提高每次班组的喷涂件数量，这就提高了机器使用效率同时降低了生产成本。
[0130]批量生产的炭黑是一种无定形且具有高比表面积的碳材料，通常在轮胎产业中用作色素且可以增强其机械性能。炭黑也能在轮胎橡胶中提供最好的热传导性能。本文所公开复合物能够有效的加固各种橡胶材料。加入本文所公开的复合物生产的炭黑能够增强的轮胎橡胶中的炭黑的机械性能。另外，本文中公开的材料为轮胎中提供的碳黑热传导功能不会因为低导热性的复合材料晶须而受到损害。试验表明，向炭黑中添加质量百分比为1.75%至2.5%的C6q富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，炭黑的机械性能会增强15-18%，并且对热导率没有影响。
[0131]富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料由于其化学吸收挥发组分含量，因此不会使炭黑失去相对其他材料的优势，而碳化硅微晶须复合物涂敷时间的减少，可以明显增加涂覆物品数量，提高设备利用率，降低生产成本。
[0132]另外，本发明的复合物还可以和未处理的碳化硅掺杂作为碳质基底用于大气压电浆焰的还原加工，同时也可用于PVD，CVD及低压真空等离子溅射。
[0133]另外，本发明的复合物还可与未处理的氧化铝或氧化铝复合材料混合以用于高分子涂层材料(如聚氨酯阻挡涂层)。实验室基线测试(如硬度及泰伯耗损测试)表明，加入该复合材料的涂层的使用寿命较未加该复合材料的涂层要长很多。例如，向木地板的高分子涂层中加入重量为5%的氧化铝复合材料与简单的加入氧化铝相比，其涂层强度及使用寿命提高了 1倍。
[0134]本发明的复合物还可以和不同的橡胶成分及橡胶复合材料混合。例如，其可与氢化丁腈橡胶(HNBR)掺杂而用于像石油生产井下防爆密封件、和用于飞机以及和高性能引擎中等的高速旋转式或高速回复式高温密封件。
[0135]经富勒烯材料的微米碳化硅处理的HNBR防爆密封件(BOP)密封件多次呈现出较未经处理的防爆密封件要增加3倍或3倍以上的使用寿命。例如，一系列的测试表明，相较于一般的钻管通过100,000英尺推拉就会磨损的防爆密封件，经富勒稀材料的微米碳化娃处理过的防爆密封件可以让钻管推拉通过超过295.0OO英尺一一提升了 1.9倍。已知的研究结果表明，经处理的氢化丁腈橡胶表面的基于摩擦性的耐磨性整体上提升了3倍，转轴密封件的磨损减少了 70 %，且减少了 70 %的粘滑测试时间，这些与以上数据一致。
[0136]可以预料，向柔性聚氨酯(TPU)中加入体积比为1.5%或小于1.5 %的此复合物会使其工作寿命显著提高，如柔性软管在疲劳前的柔性循环次数可以显著提升3.5%以上。同样，此次公开的复合物还可以加入到TPU涂层中，而使其性能得到显著提升，特别是能够提高涂料在使用中的抗磨损性能。例如，基于使用数据，加入5 %的富勒稀材料的微米碳化娃能使其材料的磨损降低一半，加入10%的富勒稀材料的微米碳化娃会是材料磨损进一步的减少 12%-15%。
[0137]同样地，复合物还可掺合浇铸聚氨酯(C-PU)，比如在旋液分离器的接口，可以在旋液分离操作中减少一半的材料磨损。
[0138]在环氧树脂和乙烯树脂凝胶涂层中，复合物的加入也可以表現出操作过程中材料抗磨损的特性。在这个操作中，发现环氧树脂涂层部分的材料可减少高达42%的磨损。将复合物与其他任意一种基质或材料混合来增强其材料强度、耐用度、摩擦特性、热力学特性或它的其他任何特性保持用于其它用途均在专利的应用范围之内。
[0139]本发明介绍的复合物的组成比率可以有变化，这样可以在不改变复合材料成分基本性质情况下来实现特定性能。尤其是富勒烯材料的微米氧化铝微晶须与富勒烯材料的微米碳化硅微晶须的比例可以改变来实现所选择的性能特性而不改变该组合物的基本性质。
[0140]—种树脂粒子，采用本发明所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与树脂材料混合造粒，所述树脂材料包括PP、PS或ABS等。
[0141]本发明公开的权利要求条例是出于说明和描述的目的，而不是为了详尽的或者限制性的介绍。权利要求的范围不受限制于以下声明的范围。图表中的描述和展现为了更好地解释各种具体化的原则，实际应用，同时让专业人员在意识到很多的形式的变更和修改都是可能的以便适应一些特定的用途的情况下，能了解各种具体化。尽管已描述了本发明专利公开权利要求的申请的优选实施例，但本领域内的专业人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。显然，各种改动和变型都不脱离了本申请权利要求及其等同技术的范围的精神和范围之内。则本申请权利要求也包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料，其特征在于:包括0.0l?25wt %的富勒烯材料、0.01?98.5wt %碳化硅斜方微晶须、0.01?98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土； 其中，所述富勒稀材料、碳化娃斜方微晶须、刻蚀复合材料及高岭土相混合； 所述碳化硅斜方微晶须处于物理上的分离状态； 所述刻蚀复合材料包括0.01?99.99wt%表面经过湿法刻蚀处理的碳化娃和0.01?99.99wt %表面经过湿法刻蚀处理的氧化铝。 所述碳化娃斜方微晶须的长度为200nm-1OOOnm。2.如权利要求1所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，其特征在于:所述高岭土的纯度为99.99%。3.如权利要求1所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，其特征在于:所述碳化硅斜方微晶须是β碳化硅或α碳化硅。4.如权利要求1所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料，其特征在于:所述富勒烯材料为C6Q、C76、C78、C84或富勒烯衍生物。5.如权利要求4所述的基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料，其特征在于:C60与碳化硅斜方微晶须的结合包括物理混合和分子链的结合。6.基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: a.制备刻蚀复合材料，利用湿法刻蚀制备所述氧化铝和碳化硅； b.粉碎碳化硅斜方微晶须的长度为200nm-1OOOnm; c.将干燥的高岭土与Na2SiF6混合； d.0.0I?25wt %的富勒烯材料、0.0I?98.5wt %碳化硅斜方微晶须、0.0I?98.5wt %刻蚀复合材料及余量表面经过Na2SiF6处理的高岭土混合;再加入氟化材料； e.加热上述混合物，制得基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料。 所述碳化娃斜方微晶须的长度为200nm-1OOOnm。7.如权利要求6所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备方法，其特征在于:所述氟化材料是四氟乙烯或聚四氟乙烯。8.如权利要求6所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料的制备方法，其特征在于:所述步骤e中加热混合物的具体条件为: 在800-850°C的温度范围加热处理包括富勒烯材料、碳化硅斜方微晶须、刻蚀复合材料、经Na2SiF6处理的高岭土及氟化材料的混合物;加热设备采用流化床干燥器或输送机烘箱或旋转窑或煅烧炉或陶瓷炉。9.一种改性泡沫塑料，其特征在于:包括如上述权利要求1-4任一权利要求所述的基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料和树脂，0.01?25wt%的基于富勒稀材料的纳米碳化娃微晶须复合材料与75?99.9wt %树脂混合。10.如权利要求9所述的改性泡沫塑料，其特征在于:还包括微球体，所述基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与微球体混合。11.一种塑料电子元件，其特征在于，包括如上述权利要求1-4任一权项所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料。12.—种的添加剂，添加于氢化丁腈橡胶、浇铸聚氨酯、乙烯酯、玻璃纤维材料或热塑性聚氨酯弹性体中，其特征在于，包括如上述权利要求1-5任一权项所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料。13.—种树脂粒子，其特征在于，采用如上述权利要求1-5任一权项所述的基于富勒烯材料的纳米碳化硅微晶须复合材料与树脂材料混着。
【文档编号】C09D201/00GK106084296SQ201610402851
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】查尔斯罗伯特克莱恩, 成民主, 孙梁, 杨劲松
【申请人】浙江克莱恩纳米材料股份有限公司